JP6251473B2 - Stabilized dry preform and method - Google Patents

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Description

本発明は、概して複合材料、より具体的には、複合品を組み立てる際に使用されるプリフォーム形成システム及びその方法に関する。   The present invention relates generally to composite materials, and more particularly to preform forming systems and methods used in assembling composite articles.

複合品を形成する際には、特定の場所で且つ特定の繊維配向でツールに多重複合プライを位置付けることが必要である。この点で、各プライの繊維がスタックの残りのプライ及びツールに対して特定の角度で配向されるように、プライを位置付けることが通常は望ましい。平面形状などの比較的単純な形状を有する複合品を形成する時には、所望の繊維配向でツールに各プライを位置付けることは、難なく実行できる。   In forming a composite article, it is necessary to position multiple composite plies on the tool at a specific location and with a specific fiber orientation. In this regard, it is usually desirable to position the plies so that the fibers of each ply are oriented at a specific angle with respect to the remaining plies and tools of the stack. When forming a composite article having a relatively simple shape, such as a planar shape, positioning each ply on the tool with the desired fiber orientation can be accomplished without difficulty.

しかしながら、複雑な三次元形状を有するツールに複合プライをレイアップする時には、繊維がツールの三次元形状に沿った所望の角度で維持されるように各プライをレイアップするのが難しいため、複合プライを位置付けることは、困難且つ労力を要する工程となりうる。さらに、複合品形成の複雑さに加え、プライスタックへの樹脂注入時及び熱及び圧力の印加時に、繊維は所望の配向で維持されなければならない。この点で、ツールに複合プライを並べ且つ位置付けることを容易にするために、工具補助が採用される。残念ながら、このような工具補助により、複合品形成に関する時間、コスト及び複雑さは増す。   However, when laying up a composite ply on a tool with a complex 3D shape, it is difficult to lay up each ply so that the fibers are maintained at the desired angle along the 3D shape of the tool. Positioning the ply can be a difficult and labor intensive process. Further, in addition to the complexity of forming the composite article, the fibers must be maintained in the desired orientation when the resin is injected into the ply stack and when heat and pressure are applied. In this regard, tool assistance is employed to facilitate aligning and positioning the composite ply on the tool. Unfortunately, such tool assistance increases the time, cost, and complexity associated with composite product formation.

ここから分かるように、工具補助を必要とせずに、複合プライが所望の位置及び場所でツールに位置付けられるように、ツールへの複合プライの位置付けシステム及び方法に関する技術が必要とされる。さらにこの点から、各プライの繊維が所望の配向で維持されるように、複合プライを位置付けるために必要な作業量を縮小できる、複合プライのツールへの位置付けシステム及び方法に関する技術も必要とされる。   As can be seen, there is a need in the art for a composite ply positioning system and method on a tool so that the composite ply is positioned on the tool at the desired location and location without the need for tool assistance. Further, in this regard, there is also a need for techniques for composite ply-to-tool positioning systems and methods that can reduce the amount of work required to position the composite ply so that the fibers of each ply are maintained in the desired orientation. The

上記の複合品形成に関するニーズは、実施形態において、構造繊維及び樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップを含む、プリフォーム形成方法に関する本発明の開示により、対処され且つ緩和される。方法は、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップをさらに含む。方法は、樹脂を加熱するステップを含む。方法は、層をダイ断面形状位形成し、且つ、ダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップを付加的に含む。   The above need for composite article formation is addressed by the disclosure of the present invention relating to a preform forming method comprising, in an embodiment, providing a layer of fibrous material with enhanced adhesion comprising structural fibers and resin. And relaxed. The method further includes passing the layer through a forming die set having a die cross-sectional shape. The method includes heating the resin. The method additionally includes solidifying the resin in such a way that the layer is formed in a die cross-sectional shape and a preform having a die cross-sectional shape is formed.

さらなる実施形態では、構造繊維及びたとえばおよそ1体積パーセントから10体積パーセントまでの樹脂のようにおよそ10体積パーセントまでの樹脂を含む繊維状物質の少なくとも一の層を提供するステップを含む、複合品の形成方法が開示される。方法は、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、及び加熱装置で樹脂を加熱するステップをさらに含む。方法は、層をダイ断面形状に形成するステップ、及びダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップを付加的に含む。また、方法は、付加的な繊維状物質とともにプリフォームを位置付けるステップ、プリフォーム及び付加的な繊維状物質にマトリックス材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップを含む。   In a further embodiment, the composite article comprises providing at least one layer of fibrous material comprising structural fibers and about 10 volume percent resin, such as about 1 volume percent to 10 volume percent resin. A forming method is disclosed. The method further includes passing the layer through a forming die set having a die cross-sectional shape and heating the resin with a heating device. The method additionally includes forming the layer into a die cross-sectional shape and solidifying the resin in such a way that a preform having the die cross-sectional shape is formed. The method also includes positioning the preform with the additional fibrous material, injecting the matrix material into the preform and additional fibrous material, and curing the matrix material to form a composite article. .

また、ダイ断面形状を有する形成ダイセットを備えるプリフォーム形成システムが開示される。形成ダイセットは、樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を受けるように構成される。システムは、形成ダイセットを介して層を引き出すように構成されたプルメカニズム、及び樹脂が凝固する時に層がダイ断面形状を保持するプリフォームに形成されるような方法で樹脂を加熱するように構成された加熱装置とを備える。   Also disclosed is a preform forming system comprising a forming die set having a die cross-sectional shape. The forming die set is configured to receive a layer of fibrous material with increased adhesion including resin. The system heats the resin in such a way that the pull mechanism configured to pull the layer through the forming die set and the layer is formed into a preform that retains the die cross-sectional shape as the resin solidifies. And a configured heating device.

要するに、本発明の一態様によれば、構造繊維及び樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップ、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、樹脂を加熱するステップ、層をダイ断面形状に形成するステップ、及びダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップを含む、プリフォームの形成方法が提供される。   In summary, according to one aspect of the present invention, providing a layer of fibrous material with increased adhesion comprising structural fibers and resin, passing the layer through a forming die set having a die cross-sectional shape, heating the resin There is provided a method of forming a preform, comprising the steps of: forming a layer in a die cross-sectional shape; and solidifying the resin in such a manner that a preform having a die cross-sectional shape is formed.

有利には、方法は、樹脂が熱可塑性樹脂であるとし、樹脂を凝固させるステップは、熱可塑性樹脂が凝固するように熱可塑性樹脂を冷却させるステップを含むことを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that the resin is a thermoplastic resin and the step of solidifying the resin comprises the step of cooling the thermoplastic resin so that the thermoplastic resin solidifies.

有利には、方法は、粘着力の高められた繊維状物質の層が、およそ1体積パーセントから10体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that the layer of fibrous material with increased adhesion comprises approximately 1 to 10 volume percent resin.

有利には、方法は、粘着力の高められた繊維状物質の層が、およそ2体積パーセントから4体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that the layer of fibrous material with increased adhesion comprises approximately 2 to 4 volume percent resin.

有利には、方法は、形成ダイセットが固定ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップが、プルメカニズムを使用して、固定ダイセットを介して層を連続的に引き抜き成形するステップを含むことを特徴とする。   Advantageously, the method includes the step of the forming die set comprising a fixed die set, and the step of passing the layer through the forming die set comprises the step of continuously drawing the layer through the fixed die set using a pull mechanism. It is characterized by including.

有利には、方法は、形成ダイセットが可動ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップが、可動ダイセット間で層のセクションを順番に固定することにより、層をダイ断面形状に連続して形成するステップを含むことを特徴とする。   Advantageously, the method includes that the forming die set includes a movable die set, and the step of passing the layer through the forming die set contiguously secures the sections of the layer between the movable die sets so that the layers are continuous in die cross-sectional shape. And forming the step.

有利には、方法は、樹脂を加熱するステップが、伝導加熱、輻射加熱、及び誘導加熱のうちの少なくとも一を含むことを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that the step of heating the resin comprises at least one of conduction heating, radiation heating and induction heating.

有利には、方法は、層を加熱するステップが、少なくとも繊維状物質の層の材料ロールを加熱するステップ、又は通過する層に応じて形成ダイセット及び層を加熱するステップを含むことを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that the step of heating the layer comprises heating at least the material roll of the layer of fibrous material, or heating the forming die set and the layer in response to the passing layer. To do.

有利には、方法は、粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップが、冷凍保存された材料ロールから繊維状物質の層を提供するステップ、及び繊維状物質の層を加熱して層の粘着力を高めるステップを含むことを特徴とする。   Advantageously, the method comprises the steps of providing a layer of fibrous material with increased adhesion, providing a layer of fibrous material from a cryopreserved material roll, and heating the layer of fibrous material. And increasing the adhesive strength of the layer.

有利には、方法は、付加的に繊維状物質とともにプリフォームを位置付けるステップ、プリフォーム及び付加的な繊維状物質にマトリック材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップをさらに含むことを特徴とする。   Advantageously, the method additionally includes positioning the preform with the fibrous material, injecting the matrix material into the preform and additional fibrous material, and curing the matrix material to form a composite article. Is further included.

有利には、方法は、複合品が、およそ30パーセントから70パーセントまでの範囲の繊維体積分率を有することを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that the composite article has a fiber volume fraction in the range of approximately 30 to 70 percent.

有利には、方法は、ダイ断面形状が、形成ダイセットの長さにわたって変化することを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that the die cross-sectional shape varies over the length of the forming die set.

有利には、方法は、ダイ断面形状が形成ダイセットの入口から出口まで先細ることを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that the die cross-sectional shape tapers from the entrance to the exit of the forming die set.

有利には、方法は、プリフォームにマトリックス材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップをさらに含むことを特徴とする。   Advantageously, the method further comprises the steps of injecting a matrix material into the preform and curing the matrix material to form a composite article.

有利には、方法は、複合品が、少なくとも航空機又は宇宙探査機のコンポーネントを含むことを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that the composite article comprises at least an aircraft or spacecraft component.

有利には、方法は、マトリックス材料の存在下では、樹脂が、マトリックス材料に少なくとも部分的に溶解する、マトリックス材料と反応する、及びマトリックス材料の硬化中にマトリックス材料のフェーズとは異なるフェーズに留まる、のうちの少なくとも一の特性を有する熱可塑性樹脂とすることを特徴とする。   Advantageously, the method, in the presence of the matrix material, the resin at least partially dissolves in the matrix material, reacts with the matrix material, and remains in a phase different from the phase of the matrix material during curing of the matrix material. These are thermoplastic resins having at least one of the above characteristics.

有利には、方法は、少なくとも二の層の繊維状物質を提供するステップ、層を層アセンブリにアセンブリングするステップ、及び形成ダイセットに層アセンブリを通すステップをさらに含むことを特徴とする。   Advantageously, the method further comprises the steps of providing at least two layers of fibrous material, assembling the layers into a layer assembly, and passing the layer assembly through a forming die set.

有利には、方法は、各層が、繊維、及び層の互いに異なる繊維の配向を有する少なくとも一の層の繊維を含むことを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that each layer comprises fibers and at least one layer of fibers having different fiber orientations of the layers.

有利には、方法は、単独プライ材料ロールから少なくとも二の層を引き出すステップ、及びマルチプライ材料ロールから少なくとも二の層を引き出すステップをさらに含むことを特徴とする。   Advantageously, the method is further characterized by the steps of withdrawing at least two layers from the single ply material roll and withdrawing at least two layers from the multi-ply material roll.

有利には、方法は、樹脂が熱可塑性樹脂であるとし、少なくとも二のプリフォームをプリフォームスタックにスタッキングするステップ、熱可塑性樹脂の粘着性を弱める温度までプリフォームスタックを加熱するステップ、プリフォームスタックに圧縮力を印加するステップ、及び熱可塑性樹脂を凝固させ、凝固プリフォームアセンブリを形成するステップをさらに含むことを特徴とする。   Advantageously, the method assumes that the resin is a thermoplastic resin, stacking at least two preforms into the preform stack, heating the preform stack to a temperature that reduces the tackiness of the thermoplastic resin, the preform The method further includes applying a compressive force to the stack and solidifying the thermoplastic resin to form a solidified preform assembly.

有利には、方法は、繊維状物質の層が、少なくとも布又はまとめられたトウの構成を有することを特徴とする。   Advantageously, the method is characterized in that the layer of fibrous material has at least a fabric or a combined tow configuration.

本発明の別の態様では、複合品の形成方法であって、構造繊維及びおよそ1体積パーセントから10体積パーセントの樹脂を含む繊維状物質の少なくとも一の層を提供するステップ、ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、樹脂を加熱装置で加熱するステップ、層をダイ断面形状に形成するステップ、ダイ断面形状を有するプリフォームが形成されるような方法で樹脂を凝固させるステップ、付加的な繊維状物質でプリフォームを位置付けるステップ、プリフォーム及び付加的な繊維状物質にマトリックス材料を注入するステップ、及びマトリックス材料を硬化して複合品を形成するステップを有する方法が提供される。   In another aspect of the invention, a method of forming a composite article, the method comprising providing at least one layer of fibrous material comprising structural fibers and approximately 1 to 10 volume percent resin, having a die cross-sectional shape. A step of passing a layer through a forming die set, a step of heating the resin with a heating device, a step of forming the layer into a cross-sectional shape of the die, and a step of solidifying the resin in such a way that a preform having a cross-sectional shape of the die is formed A method is provided that includes positioning a preform with a typical fibrous material, injecting a matrix material into the preform and additional fibrous material, and curing the matrix material to form a composite article.

本発明のさらに別の態様では、プリフォームの形成システムであって、ダイ断面形状を有し且つ樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を受けるように構成された形成ダイセット、形成ダイセットを介して層を引き出すように構成されたプルメカニズム、及び樹脂が凝固する時に層がダイ断面形状を保持するプリフォームに形成されるような方法で樹脂を加熱するように構成された加熱装置を備えるシステムが提供される。   In yet another aspect of the present invention, a preform forming system, wherein the forming die set has a die cross-sectional shape and is configured to receive a layer of fibrous material with increased adhesion including resin, Pull mechanism configured to pull the layer through the forming die set, and configured to heat the resin in such a way that the layer is formed into a preform that retains the die cross-sectional shape as the resin solidifies A system comprising a heating device is provided.

有利には、システムは、繊維状物質の層が、およそ1体積パーセントから10体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。   Advantageously, the system is characterized in that the layer of fibrous material comprises approximately 1 to 10 volume percent resin.

有利には、システムは、繊維状物質の層が、およそ2体積パーセントから4体積パーセントの樹脂を含むことを特徴とする。   Advantageously, the system is characterized in that the layer of fibrous material comprises approximately 2 to 4 volume percent resin.

有利には、システムは、樹脂が、少なくとも熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする。   Advantageously, the system is characterized in that the resin comprises at least a thermoplastic resin or a thermosetting resin.

有利には、システムは、繊維状物質が、互いに異なる少なくとも二の層を含み、且つ層は、層アセンブリとして形成ダイセットに引き出されていることを特徴とする。   Advantageously, the system is characterized in that the fibrous material comprises at least two layers which are different from each other, and the layers are drawn into a forming die set as a layer assembly.

有利には、システムは、形成ダイセットを介して層を引き抜き成形するように構成されたプルメカニズムをさらに備える。   Advantageously, the system further comprises a pull mechanism configured to pultrude the layer through the forming die set.

有利には、システムは、形成ダイセットが固定ダイセットを含むことを特徴とする。   Advantageously, the system is characterized in that the forming die set comprises a fixed die set.

有利には、システムは、形成ダイセットが、層の一連のセクションを連続して固定するように構成された可動ダイセットを備えることを特徴とする。   Advantageously, the system is characterized in that the forming die set comprises a movable die set configured to continuously fix a series of sections of the layer.

有利には、システムは、加熱装置が、伝導加熱、輻射加熱、及び誘導加熱のうちの少なくとも一を使用して樹脂を加熱するように構成されることを特徴とする。   Advantageously, the system is characterized in that the heating device is configured to heat the resin using at least one of conduction heating, radiation heating and induction heating.

有利には、システムは、マトリックス材料に接触して配置される時に、樹脂が、マトリックス材料に少なくとも部分的に溶解する、マトリックス材料と反応する、及びマトリックス材料の硬化中にマトリックス材料のフェーズとは異なるフェーズに留まる、のうちの少なくとも一の特性を有する熱可塑性樹脂とすることを特徴とする。   Advantageously, when the system is placed in contact with the matrix material, the resin is at least partially dissolved in the matrix material, reacts with the matrix material, and the phase of the matrix material during curing of the matrix material. A thermoplastic resin having at least one of the characteristics of staying in different phases is provided.

述べられる特徴、機能および利点は、本開示のさまざまな実施形態において独立して達成可能であり、または、以下の説明および図面を参照してさらなる詳細が理解可能であるさらに他の実施形態において組み合わることができる。   The described features, functions, and advantages can be achieved independently in various embodiments of the present disclosure or combined in yet other embodiments that can be understood in further detail with reference to the following description and drawings. Can.

本発明の開示のこれらの特徴及び他の特徴は、全体を通して類似の要素に類似の番号が与えられる図面を参照すれば、より明らかになるだろう。   These and other features of the present disclosure will become more apparent with reference to the drawings, in which like elements are given like numerals throughout.

一又は複数の繊維状物質を所望の断面形状を有するプリフォームに連続的に形成するためのシステムの実施形態を示す透視図である。1 is a perspective view illustrating an embodiment of a system for continuously forming one or more fibrous materials into a preform having a desired cross-sectional shape. FIG. 形成ダイセットを介して層を引き抜き成形するための形成ダイセット及びプルメカニズムを示す、図1のシステムの側面図である。FIG. 2 is a side view of the system of FIG. 1 showing a forming die set and pull mechanism for pultruding layers through the forming die set. 形成ダイセットの上方形成ダイと下方形成ダイとの間に配置された繊維状物質の層を示す、図2のライン3に沿った形成ダイセットの実施形態の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an embodiment of the forming die set along line 3 of FIG. 2 showing a layer of fibrous material disposed between the upper forming die and the lower forming die of the forming die set. プルメカニズムの上方ローラーと下方ローラーとの間に配置された繊維状物質の層を示す、図2のライン4に沿ったプルメカニズムの実施形態の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the embodiment of the pull mechanism taken along line 4 of FIG. 2 showing a layer of fibrous material disposed between the upper and lower rollers of the pull mechanism. 形成ダイセットの入口から出口への方向に沿った徐々に変化するダイ断面形状を有する形成ダイセットの別の実施形態におけるシステムの側面図である。FIG. 5 is a side view of a system in another embodiment of a forming die set having a gradually changing die cross-sectional shape along the direction from the inlet to the outlet of the forming die set. 入口での形成ダイセットの一般的な平面ダイ断面形状を示す、図5のライン5Aに沿った形成ダイセットの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the forming die set along line 5A of FIG. 5, showing a typical planar die cross-sectional shape of the forming die set at the entrance. 形成ダイセットの比較的低い高さで形成された突起部及び溝を示す、図5のライン5Bに沿った形成ダイセットの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the forming die set along line 5B of FIG. 5 showing protrusions and grooves formed at a relatively low height of the forming die set. 形成ダイセットの高さが増加した突起部及び溝を示す、図5のライン5Cに沿った形成ダイセットの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the forming die set along line 5C of FIG. 5 showing protrusions and grooves with increased height of the forming die set. 形成ダイセットの出口での最大限の高さで形成された突起部及び溝を示す、図5のライン5Dに沿った形成ダイセットの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the forming die set along line 5D of FIG. 5, showing the protrusions and grooves formed at the maximum height at the exit of the forming die set. ダイ断面形状を層の長さの一連のセクションに連続して形成するための可動ダイセットを備えるシステムの実施形態の側面図である。1 is a side view of an embodiment of a system comprising a movable die set for continuously forming a die cross-sectional shape into a series of sections of layer length. FIG. 下方可動ダイと一定の間隔を置いて配置された上方可動ダイ及びそれらの間に配置された繊維状物質の層を示す、図6のライン7に沿った可動ダイセットの実施形態の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of an embodiment of the movable die set along line 7 of FIG. 6 showing the upper movable die spaced apart from the lower movable die and the layer of fibrous material disposed therebetween. is there. 上方可動ダイと下方可動ダイとの間への層の固定中に断面形状をとる繊維状物質の層を示す、図6の可動ダイセットの断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the movable die set of FIG. 6 showing a layer of fibrous material taking a cross-sectional shape during anchoring of the layer between the upper and lower movable dies. 下方ダイからの上方ダイの分離及びハットセクションを有するプリフォームに形成された繊維状物質の層を示す、図6の可動ダイセットの断面図を示す。FIG. 7 shows a cross-sectional view of the movable die set of FIG. 6 showing the separation of the upper die from the lower die and the layer of fibrous material formed in the preform with the hat section. 形成ダイセットの下流に配置された冷却ダイセットを備えるシステムの実施形態の側面図である。FIG. 6 is a side view of an embodiment of a system comprising a cooling die set disposed downstream of a forming die set. プリフォームで繊維状物質の後続の層を積層するための形成ダイセットの下流に配置された積層ダイセットを備えるシステムの実施形態の側面図である。1 is a side view of an embodiment of a system comprising a laminated die set disposed downstream of a forming die set for laminating subsequent layers of fibrous material with a preform. FIG. 繊維状物質の後続の層及び上方積層ダイと下方積層ダイとの間で圧縮されたプリフォームを示す、図10のライン12に沿った積層ダイセットの断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a laminated die set along line 12 of FIG. 10 showing a subsequent layer of fibrous material and a preform compressed between an upper laminated die and a lower laminated die. 上方積層ダイと下方積層ダイとの間のプリフォームのキャップ上に位置付けられた繊維状物質の後続の層を示す、図12のライン13に沿った積層ダイセットの拡大断面図である。FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of the stacked die set along line 13 of FIG. 12 showing a subsequent layer of fibrous material positioned on the preform cap between the upper and lower stacked dies. ダイ断面形状を層アセンブリに形成するための形成ダイセットを介する引き抜き成形のための層アセンブリにアセンブリングされた少なくとも三の層の繊維状物質を含むシステムの実施形態の透視図である。FIG. 3 is a perspective view of an embodiment of a system including at least three layers of fibrous material assembled into a layer assembly for pultrusion via a forming die set for forming a die cross-sectional shape into the layer assembly. プリフォーム下方ダイと一定の間隔を開けて配置されたプリフォーム上方ダイ、及び上方プリフォームダイと下方プリフォームダイとの間のプリフォームスタックに配置された複数のプリフォームを示す、プリフォームダイセットの図である。A preform die showing a preform upper die spaced from the preform lower die and a plurality of preforms disposed in a preform stack between the upper preform die and the lower preform die. FIG. 上方プリフォームダイと下方プリフォームダイとの間への固定中の複数のプリフォームへの熱及び圧縮力の印加を示す、プリフォームダイセットの図である。FIG. 2 is a preform die set showing the application of heat and compressive force to a plurality of preforms during fixation between an upper preform die and a lower preform die. プリフォームダイセットを使用したプリフォームスタックから形成されたプリフォームアセンブリの図である。FIG. 5 is a diagram of a preform assembly formed from a preform stack using a preform die set. 後続のマトリックス材料の注入及びその硬化のためにプリフォーム上へ繊維状物質の付加的な層を適合し、ハットセクションストリンガーとして複合品を形成する様子を示す透視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the adaptation of an additional layer of fibrous material onto a preform for subsequent injection of matrix material and its curing to form a composite article as a hat section stringer. ハットセクションストリンガーを示す、図18のライン19に沿った複合品の断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view of the composite article along line 19 of FIG. 18 showing a hat section stringer. ハットセクションストリンガーの一部及びハットセクションストリンガーを構成するプリフォーム及び複数の層の繊維状物質の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion of a hat section stringer and a preform and multiple layers of fibrous material comprising the hat section stringer. ここで開示されるシステム及び方法を使用して複合品が形成される航空機の透視図である。1 is a perspective view of an aircraft in which a composite article is formed using the systems and methods disclosed herein. FIG. 複合品を形成する方法に含まれる一又は複数の操作を示すフロー図である。It is a flowchart which shows one or several operation included in the method of forming a composite article. プリフォームアセンブリを形成する方法に含まれる一又は複数の操作を示すフロー図である。FIG. 5 is a flow diagram illustrating one or more operations included in a method of forming a preform assembly. ここで開示されるシステムの実施形態のブロック図である。1 is a block diagram of an embodiment of a system disclosed herein. 航空機の製造及び保守方法のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing and maintenance method of an aircraft. 航空機のブロック図である。1 is a block diagram of an aircraft.

本開示の好適且つ種々の実施形態を示す図面を参照すると、図1には、繊維状物質18の一又は複数の層16を所望のプリフォーム断面形状202を有するプリフォーム200に連続的に形成するシステム10の実施形態が示される。繊維状物質18の各層16は、層16の全体積に対する低体積分率の樹脂24を含む。樹脂は、層16の少なくとも一部にあらかじめ適合される。樹脂コーティング層16は、一又は複数の材料ロール14から引き出され、樹脂24を軟化させるために加熱され、形成ダイセット50を使用して層16を所望の断面形状に形成する。樹脂24を冷却するなどして樹脂24を凝固する時に、層16の断面形状は保持される。この方法において、プリフォーム200は、プリフォーム200を使用して形成される完成複合品250(図19)の所望の断面形状を補完する、又は実質的にそれに近いプリフォーム断面形状202を有するにニアネット形状のプリフォーム200として形成される。プリフォーム200は、混合抽出処理され、及び/又は一又は複数の付加的プリフォーム200又は繊維状物質214(図18)の付加的な層と接合され、マトリックス材料222(図18)が注入され、且つ硬化され、複合品250(図19)を形成する。   Referring to the drawings illustrating preferred and various embodiments of the present disclosure, FIG. 1 illustrates the continuous formation of one or more layers 16 of fibrous material 18 into a preform 200 having a desired preform cross-sectional shape 202. An embodiment of a system 10 is shown. Each layer 16 of fibrous material 18 includes a low volume fraction resin 24 relative to the total volume of layer 16. The resin is pre-fit to at least a portion of layer 16. The resin coating layer 16 is drawn from one or more material rolls 14 and heated to soften the resin 24, and the forming die set 50 is used to form the layer 16 in the desired cross-sectional shape. When the resin 24 is solidified, for example, by cooling the resin 24, the cross-sectional shape of the layer 16 is maintained. In this manner, the preform 200 has a preform cross-sectional shape 202 that complements or substantially approximates the desired cross-sectional shape of the finished composite article 250 (FIG. 19) formed using the preform 200. It is formed as a near net-shaped preform 200. Preform 200 is mixed and extracted and / or joined with one or more additional preforms 200 or additional layers of fibrous material 214 (FIG. 18) and injected with matrix material 222 (FIG. 18). And cured to form a composite article 250 (FIG. 19).

有利には、プリフォーム200(図1)を完成複合品250(図19)のニアネット形状に形成することにより、プリフォーム200を扱い且つ位置付けることが簡略化される。この点で、スタック(図示せず)の他の繊維状層(図示せず)に対して比較的複雑な三次元の繊維状層(図示せず)を位置付けることが、さらに正確に、且つ一般的に複合品を形成する多数の繊維状層(図示せず)を扱い及び/又は位置付けるために従来必要とされてきたような工具補助(図示せず)を必要とせずに、実行可能になる。本開示は、ハットストリンガー252(図19)の形成時に使用されるようなハットセクション204(図19)でプリフォーム200を形成する構造において述べられているが、システム10(図1)は、限定することなく、プリフォーム200を任意の形状に形成するために使用され、ハットセクション204でプリフォーム200を形成することに限定されないという点に留意すべきである。たとえば、システム10は、「Z」セクション、「L」セクション、「T」セクション、「I」セクション、「J」セクション、ブレードセクション、及び限定することなく、種々の他の断面形状のうちの任意の一のプリフォームを形成するように構成することができる。   Advantageously, handling and positioning the preform 200 is simplified by forming the preform 200 (FIG. 1) into a near net shape of the finished composite 250 (FIG. 19). In this regard, positioning a relatively complex three-dimensional fibrous layer (not shown) relative to other fibrous layers (not shown) of the stack (not shown) is more accurate and generally Can be carried out without the need for tooling aids (not shown), as conventionally required to handle and / or position multiple fibrous layers (not shown) that typically form a composite article . Although the present disclosure is described in a structure that forms the preform 200 with a hat section 204 (FIG. 19) as used in forming the hat stringer 252 (FIG. 19), the system 10 (FIG. 1) is limited. Without being noted, it should be noted that the preform 200 is used to form any shape and is not limited to forming the preform 200 with the hat section 204. For example, the system 10 may include any of a “Z” section, “L” section, “T” section, “I” section, “J” section, blade section, and various other cross-sectional shapes without limitation. Can be configured to form a single preform.

図1において、システム10は、形成ダイセット50、及び形成ダイセット50を介して繊維状物質18の一又は複数の連続する層16を引き抜き成形するためのプルメカニズム150を備える。上述のように、繊維状物質18の層16は、熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含む比較的低体積分率の樹脂24を含む。樹脂24は、樹脂24が凝固する時にダイ断面形状56がプリフォーム200内に保持されるように、形成ダイセット50を使用して、層16がダイ断面形状56に形成されるのに十分な量が提供される。また、樹脂24は、隣接する層16との接着を促進し、且つ既定の層16内で隣接する繊維20間の接着を促進して、互いに対する及び/又はツール(図示せず)に対するプリフォーム200の扱い、位置付け及びアセンブリングを可能にするために、層16の粘着力を高めるのに十分な量が提供される。   In FIG. 1, the system 10 includes a forming die set 50 and a pull mechanism 150 for pultruding one or more successive layers 16 of the fibrous material 18 through the forming die set 50. As described above, the layer 16 of fibrous material 18 includes a relatively low volume fraction resin 24 that includes a thermoplastic or thermosetting resin. The resin 24 is sufficient for the layer 16 to be formed into the die cross-sectional shape 56 using the forming die set 50 so that the die cross-sectional shape 56 is retained in the preform 200 as the resin 24 solidifies. Quantity is provided. Resin 24 also promotes adhesion with adjacent layers 16 and promotes adhesion between adjacent fibers 20 within a given layer 16 to preform one another and / or against a tool (not shown). An amount sufficient to increase the adhesion of the layer 16 is provided to allow handling, positioning and assembly of 200.

一の実施形態では、樹脂24(図1)は、室温では比較的粘着度が低い又は実質的に粘着せず、樹脂24が加熱されると粘着度が増すという性質がある。この方法において、繊維状物質18(図1)の一又は複数の層16(図1)は材料ロール14(図1)に蓄えられ、層16間の粘着力のため抵抗なくそこから分配される。さらなる実施形態では、樹脂24は、熱の除去で粘着力が高まり、樹脂24の粘着性は熱の除去と共に増加するという性質がある。たとえば、繊維状物質18の一又は複数の層16は冷却又は冷蔵保存され、樹脂24の温度を低下させ且つ粘着度を促進する一方で、樹脂24の粘着性が増加し、プリフォーム200(図1)にダイ断面形状56(図1)を保持させる樹脂24が凝固する。樹脂24は、層16の局地的領域(図示せず)にも適合される。この点で、樹脂24は、層16の選択された領域(図示せず)に適合され、層16の長さ全体及び/又は幅全体には必ずしも適合されない。たとえば、樹脂24は、層16がダイ断面形状56を保持するのに十分な層16の領域(図示せず)に適合される。たとえば、樹脂24の層16への適合は、層16が屈曲又は湾曲形状(図示せず)などの非平面形状(図示せず)に形成される局地的領域(図示せず)に限定されてもよい。一の実施形態では、樹脂24は、ダイ断面形状56の範囲(図示せず)に形成される層16の領域に適合される。   In one embodiment, the resin 24 (FIG. 1) has the property that it has a relatively low or substantially no adhesion at room temperature and increases in adhesion when the resin 24 is heated. In this manner, one or more layers 16 (FIG. 1) of the fibrous material 18 (FIG. 1) are stored in the material roll 14 (FIG. 1) and distributed therefrom without resistance due to the adhesive force between the layers 16. . In a further embodiment, the resin 24 has the property that the adhesive strength increases upon heat removal, and the adhesiveness of the resin 24 increases with heat removal. For example, one or more layers 16 of the fibrous material 18 may be cooled or refrigerated to reduce the temperature of the resin 24 and promote adhesion, while increasing the adhesion of the resin 24 and the preform 200 (FIG. The resin 24 that holds the die cross-sectional shape 56 (FIG. 1) in 1) solidifies. Resin 24 is also adapted to local areas (not shown) of layer 16. In this regard, the resin 24 is adapted to selected areas (not shown) of the layer 16 and not necessarily adapted to the entire length and / or the entire width of the layer 16. For example, the resin 24 is adapted to an area of the layer 16 (not shown) sufficient for the layer 16 to retain the die cross-sectional shape 56. For example, the conformation of the resin 24 to the layer 16 is limited to local regions (not shown) where the layer 16 is formed in a non-planar shape (not shown) such as a bent or curved shape (not shown). May be. In one embodiment, the resin 24 is adapted to the region of the layer 16 that is formed in the range of the die cross-sectional shape 56 (not shown).

層16(図1)に適合される樹脂24(図1)の体積分率は、一又は複数の層16が形成ダイセット50(図1)を通過後に、樹脂24が凝固した状態で、プリフォーム200がダイ断面形状56を保持するようなものである。プリフォーム200が一般的な多孔質性を保持し、複合品250の実質的に大部分にわたってマトリックス材料222(図19)の実質的に均一な注入及び分配を可能とするように、繊維状層16の樹脂24の体積分率は、好適には比較的低い。また、樹脂24の体積分率は、樹脂24の完成複合品250(図19)の強度特性及び剛性特性に対するいかなる効果も最小限とされるように、樹脂24体積分率は、好適には比較的低い。   The volume fraction of the resin 24 (FIG. 1) adapted to the layer 16 (FIG. 1) is such that the resin 24 solidifies after the one or more layers 16 pass through the forming die set 50 (FIG. 1). The reform 200 is such that the die cross-sectional shape 56 is maintained. The fibrous layer so that the preform 200 retains general porosity and allows for substantially uniform injection and distribution of the matrix material 222 (FIG. 19) over substantially the majority of the composite 250. The volume fraction of the 16 resin 24 is preferably relatively low. Also, the resin 24 volume fraction is preferably compared so that any effect on the strength and stiffness characteristics of the finished composite 250 (FIG. 19) of the resin 24 is minimized. Low.

一の実施形態では、繊維状物質18(図1)の層16(図1)は、繊維状物質18の層16の総体積に対するおよそ1体積パーセントから10体積パーセントの樹脂24(図1)を含む。しかしながら、1パーセントより大きく又10パーセントより小さい体積分率が期待される。たとえば、一の実施形態では、繊維状物質18の層16は、およそ2体積パーセントから4体積パーセントの樹24を含むことができる。樹脂24は、繊維状物質18(図1)上への噴霧、ブラッシング又はローリング、あるいは他の手段などの任意の適する手段により、繊維状物質18にあらかじめ適合されてもよい。樹脂24の体積分率は、好適には、樹脂24が凝固した状態で、プリフォーム200が形成ダイセット50(図1)の断面形状を維持できるようなものである。次いで、マトリックス材料222(図18)の注入に先立って、プリフォーム200(図1)を他のプリフォーム(図示せず)又は繊維状物質214(図18)の付加的な層とともに位置付ける時に、プリフォーム200は、補助(図示せず)又は工具補助(図示せず)を扱う必要なく、操作され及び位置づけられる。   In one embodiment, the layer 16 (FIG. 1) of fibrous material 18 (FIG. 1) contains approximately 1 to 10 volume percent resin 24 (FIG. 1) relative to the total volume of the layer 16 of fibrous material 18. Including. However, volume fractions greater than 1 percent and less than 10 percent are expected. For example, in one embodiment, the layer 16 of fibrous material 18 can include approximately 2 to 4 volume percent trees 24. The resin 24 may be pre-adapted to the fibrous material 18 by any suitable means such as spraying, brushing or rolling onto the fibrous material 18 (FIG. 1), or other means. The volume fraction of the resin 24 is preferably such that the preform 200 can maintain the cross-sectional shape of the forming die set 50 (FIG. 1) with the resin 24 solidified. Then, prior to injection of the matrix material 222 (FIG. 18), when positioning the preform 200 (FIG. 1) with other preforms (not shown) or additional layers of fibrous material 214 (FIG. 18), The preform 200 is manipulated and positioned without having to deal with assistance (not shown) or tool assistance (not shown).

繊維状物質18(図1)の各層16(図1)にあらかじめ適合される樹脂24(図1)に加え、繊維状物質18の各層16は、種々の構成及び/又は繊維配向(たとえば、0、30、45、60、75、90度、又は他の角度)のうちの任意の一に配列され、且つ種々の材料又は材料の組み合わせのうちの任意の一を使用して形成される構造繊維20(図1)を含む。たとえば、繊維状物質18は、樹脂24が適合される織布又は不織布を含む。繊維状物質18は、一方向配列、双方向配列、又は他のマルチ方向配列、或いは繊維配向の構造繊維20のまとめられたトウから形成することもできる。この点で、繊維状物質18の実施形態は、多軸布、編まれた布、たて編布、及び繊維状物質18の種々の他の構成のうちの任意の一を含むこともできるが、これらに限定されない。   In addition to the resin 24 (FIG. 1) pre-adapted to each layer 16 (FIG. 1) of the fibrous material 18 (FIG. 1), each layer 16 of the fibrous material 18 may have various configurations and / or fiber orientations (eg, 0 , 30, 45, 60, 75, 90 degrees, or other angles) and formed using any one of various materials or combinations of materials 20 (FIG. 1). For example, the fibrous material 18 includes a woven or non-woven fabric to which the resin 24 is adapted. The fibrous material 18 can also be formed from a bundled tow of structural fibers 20 in a unidirectional array, a bidirectional array, or other multi-directional array, or a fiber orientation. In this regard, embodiments of the fibrous material 18 may include any one of a multiaxial fabric, a knitted fabric, a warp knitted fabric, and various other configurations of the fibrous material 18. However, it is not limited to these.

構造繊維20(図1)が形成される材料は、アラミド、ポリオレフィン、金属、ガラス、カーボン、ホウ素、陶器、鉱物、及び種々の他の材料または材料の組み合わせのうちの任意の一を含むことができる。たとえば、構造繊維20は、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリブタジエン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールアミド、ポリケトン、ポリフタルアミド、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレン・テレフタル酸塩、ポリエチレン・テレフタル酸塩、ポリエステル−ポリアリーレート、ポリアラミド、ポリベンゾキサゾール、ビスコース、及び他の材料のうちの任意の一から形成することができる。   The material from which the structural fiber 20 (FIG. 1) is formed may include any one of aramid, polyolefin, metal, glass, carbon, boron, earthenware, mineral, and various other materials or combinations of materials. it can. For example, the structural fiber 20 is made of polyamide, polyimide, polyamideimide, polyester, polybutadiene, polyurethane, polypropylene, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyphenylene sulfide, polyetherketone, polyetheretherketone, poly Any one of arylamide, polyketone, polyphthalamide, polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyester-polyarylate, polyaramid, polybenzoxazole, viscose, and other materials Can be formed from

樹脂24(図1)は、構造繊維20(図1)と混合され、よく調製され、又は、そうでなければ調合される。また、樹脂24は、種々の材料組成のうちの任意の一で提供される。たとえば、樹脂24は、アクリル、フルオロカーボン、ポリアミド類、ポリエチレン、ポリエステル類、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、及び他の材料組成のうちの少なくとも一で提供される。樹脂24は、融点又はマトリックス材料222(図18)が完成複合品250(図19)で硬化する温度よりも高く、高温で完成複合品250の強度に好ましい効果を与えるガラス転移温度を有する材料組成で提供される。   Resin 24 (FIG. 1) is mixed with structural fiber 20 (FIG. 1), well prepared, or otherwise compounded. Also, the resin 24 is provided in any one of a variety of material compositions. For example, resin 24 is provided in at least one of acrylic, fluorocarbon, polyamides, polyethylene, polyesters, polypropylene, polycarbonate, polyurethane, polyetheretherketone, polyetherketoneketone, polyetherimide, and other material compositions. Is done. The resin 24 has a melting point or a material composition having a glass transition temperature that is higher than the temperature at which the matrix material 222 (FIG. 18) cures in the finished composite article 250 (FIG. 19) and has a positive effect on the strength of the finished composite article 250 at high temperatures. Provided in.

図1及び図2を参照すると、繊維状物質18の層16は、回転方向14aに沿って回転するスプール12に取り付けられた材料ロール14から分配される。層16は、以下で述べられるように、所望の樹脂及び材料組成、厚さ、繊維配向及び配列を有する繊維状物質18の単独の層16を含む一又は複数のシングルプライ材料ロール14bから分配される。また、層16は、同じ厚さ及び/又は繊維配向を有する同じ樹脂及び繊維材料組成の複数の層16を含む一又は複数のマルチプライ材料ロール14cから分配され、あるいは、マルチプライ材料ロール14cの層16は、異なる樹脂及び繊維材料組成、厚さ、及び/又は繊維配向で提供される。層16は、繊維状物質18の層16の規定レベルの張力を維持するための張力ローラー26によって支持される。ガイドローラー28は、形成ダイセット50へ供給するための所望の配向で繊維状物質18の層16を維持するために、提供される。たとえば、図2に示すように、ガイドローラー28は、繊維状物質18の層16を、形成ダイセット50の上方形成ダイ52と下方形成ダイ54との間の間隙58の配向と一直線上に維持できる。   1 and 2, the layer 16 of fibrous material 18 is dispensed from a material roll 14 attached to a spool 12 that rotates along a direction of rotation 14a. Layer 16 is dispensed from one or more single-ply material rolls 14b including a single layer 16 of fibrous material 18 having the desired resin and material composition, thickness, fiber orientation and alignment, as described below. The Also, the layer 16 is dispensed from one or more multi-ply material rolls 14c comprising a plurality of layers 16 of the same resin and fiber material composition having the same thickness and / or fiber orientation, or of the multi-ply material rolls 14c. Layer 16 is provided in different resin and fiber material compositions, thicknesses, and / or fiber orientations. The layer 16 is supported by a tension roller 26 for maintaining a defined level of tension in the layer 16 of fibrous material 18. Guide rollers 28 are provided to maintain the layer 16 of fibrous material 18 in the desired orientation for feeding to the forming die set 50. For example, as shown in FIG. 2, guide roller 28 maintains layer 16 of fibrous material 18 in alignment with the orientation of gap 58 between upper forming die 52 and lower forming die 54 of forming die set 50. it can.

図2及び図3を参照すると、形成ダイセット50は、上方形成ダイ52及び下方形成ダイ54を備える。層16が間隙58に入ることを可能にし、且つ入口76での層16の集積を避けるために、上方形成ダイ52と下方形成ダイ54との間の間隙58は、少なくとも形成ダイセット50への入口76では繊維状物質18の層16の厚さよりも大きい。上方形成ダイ52と下方形成ダイ54との間の間隙58は、形成ダイセット50の長さに沿って徐々に先細る。上方形成ダイ52及び下方形成ダイ54は、繊維状物質18をプリフォーム200に形成するための所望の断面形状に形成される。示される実施形態では、断面形状は、ハットセクション204を含む。上方形成ダイ52及び下方形成ダイ54は、それぞれ、プリフォーム200のフランジ206を形成するための平面64を含む。下方形成ダイ54は突起部62(図3)を含み、上方形成ダイ52は突起部62を受けるための溝60(図3)を含む。   With reference to FIGS. 2 and 3, the forming die set 50 includes an upper forming die 52 and a lower forming die 54. In order to allow the layer 16 to enter the gap 58 and avoid the accumulation of the layer 16 at the inlet 76, the gap 58 between the upper forming die 52 and the lower forming die 54 is at least to the forming die set 50. At the inlet 76 it is greater than the thickness of the layer 16 of fibrous material 18. The gap 58 between the upper forming die 52 and the lower forming die 54 gradually tapers along the length of the forming die set 50. The upper forming die 52 and the lower forming die 54 are formed in a desired cross-sectional shape for forming the fibrous material 18 on the preform 200. In the illustrated embodiment, the cross-sectional shape includes a hat section 204. Upper forming die 52 and lower forming die 54 each include a flat surface 64 for forming flange 206 of preform 200. The lower forming die 54 includes a protrusion 62 (FIG. 3), and the upper forming die 52 includes a groove 60 (FIG. 3) for receiving the protrusion 62.

一の実施形態では、間隙58(図3)は、繊維状物質18(図3)の層16(図3)が形成ダイセット50(図3)を介して引き抜き成形される際に、規定量の形成圧力66(図3)が繊維状物質18の層16に印加されるようなものである。たとえば、150psiより小さい形成圧力66が印加されうるが、およそ150psiまで又はそれよりも大きい形成圧力66が繊維状物質18の層16に印加されるように、間隙58の大きさが決められる。また、形成圧力66は、以下で述べるように、多重層16が共に固定される程度に樹脂24(図3)が構造繊維20(図2)間に流れるようにするものとしてもよい。樹脂24は、冷却状態で起こるように凝固し、凝固した樹脂24は、プリフォーム200をダイ断面形状56に維持する。   In one embodiment, the gap 58 (FIG. 3) is a defined amount when the layer 16 (FIG. 3) of the fibrous material 18 (FIG. 3) is pultruded through the forming die set 50 (FIG. 3). The forming pressure 66 (FIG. 3) is applied to the layer 16 of fibrous material 18. For example, a forming pressure 66 of less than 150 psi can be applied, but the gap 58 is sized such that a forming pressure 66 of up to approximately 150 psi or greater is applied to the layer 16 of fibrous material 18. Further, as described below, the forming pressure 66 may cause the resin 24 (FIG. 3) to flow between the structural fibers 20 (FIG. 2) so that the multiple layers 16 are fixed together. The resin 24 solidifies as it occurs in the cooled state, and the solidified resin 24 maintains the preform 200 in the die cross-sectional shape 56.

図2を参照すると、形成ダイセット50は、入口76及び出口78を有する。一の実施形態では、形成ダイセット50は、一般的に一定である(図2)ダイ断面形状56を有し、或いは、断面形状は、以下で述べるように、入口76から出口78までの形成ダイセット50の長さに沿って変化する(図5)。実質的に一定のダイ断面形状56は、入口76から出口78まで実質的に一定の間隙58を備える。しかしながら、間隙58は、入口76から出口78までの形成ダイセット50の長さに沿って変化するとしてもよい。たとえば、入口76での繊維状物質18の集積を避けるために、間隙58は、入口76では層16の厚さより大きくし、且つ出口78に向かって狭くして、以下で述べるように、層16上に所望量の形成圧力66を提供することができる。   Referring to FIG. 2, the forming die set 50 has an inlet 76 and an outlet 78. In one embodiment, the forming die set 50 has a die cross-sectional shape 56 that is generally constant (FIG. 2), or the cross-sectional shape is the formation from the inlet 76 to the outlet 78, as described below. It varies along the length of the die set 50 (FIG. 5). The substantially constant die cross-sectional shape 56 comprises a substantially constant gap 58 from the inlet 76 to the outlet 78. However, the gap 58 may vary along the length of the forming die set 50 from the inlet 76 to the outlet 78. For example, to avoid the accumulation of fibrous material 18 at the inlet 76, the gap 58 is greater at the inlet 76 than the thickness of the layer 16 and narrows toward the outlet 78, as described below, as described below. A desired amount of forming pressure 66 can be provided above.

図5から図5Dまでを簡単に参照すると、図5には、一の実施形態での形成ダイセット50の側面図が示されており、ここで、ダイ断面形状56は、形成ダイセット50の入口76での一般的な平面形状から、形成ダイセット50の出口78での完全なダイ断面形状56へと徐々に推移する。図5Aは、入口76での形成ダイセット50の実質的に平面のダイ断面形状56を示す。入口76での平面ダイ断面形状56での間隙58の大きさ(たとえば、高さ)は、入口76での繊維状物質18の集積を避けるために、形成ダイセット50への入口76での間隙58へ入る繊維状物質18の厚さよりも大きくすることができる。図5Bは、入口76(図5A)での間隙58の平面形状から、出口78(図5D)での完全なダイ断面形状56までの、ダイ断面形状56の徐々に推移する部分として、比較的低い高さで形成ダイセット50に形成された突起部62及び溝60を示す。図5Bにおいて、比較的低いダイ断面形状56にわたる間隙58の大きさ(たとえば、高さ)は、入口76(図5A)での間隙58と同じか、或いは、入口76での間隙58よりもわずかに小さい。   Referring briefly to FIGS. 5-5D, FIG. 5 shows a side view of a forming die set 50 in one embodiment, where the die cross-sectional shape 56 is defined by the forming die set 50. There is a gradual transition from a general planar shape at the inlet 76 to a complete die cross-sectional shape 56 at the outlet 78 of the forming die set 50. FIG. 5A shows a substantially planar die cross-sectional shape 56 of the forming die set 50 at the inlet 76. The size (eg, height) of the gap 58 at the planar die cross-sectional shape 56 at the inlet 76 is such that the gap at the inlet 76 to the forming die set 50 is avoided to avoid accumulation of fibrous material 18 at the inlet 76. It can be greater than the thickness of the fibrous material 18 entering 58. FIG. 5B shows a relatively transitional portion of the die profile 56 from the planar shape of the gap 58 at the inlet 76 (FIG. 5A) to the complete die profile 56 at the outlet 78 (FIG. 5D). The protrusion 62 and the groove 60 formed on the forming die set 50 at a low height are shown. In FIG. 5B, the size (eg, height) of the gap 58 across the relatively low die cross-sectional shape 56 is the same as the gap 58 at the inlet 76 (FIG. 5A) or slightly less than the gap 58 at the inlet 76. Small.

図5Cは、形成ダイセット50における増加する高さで形成される突起部62及び溝60を示す。繊維状物質18が形成ダイセット50を介して移動する際に形成圧力66(図5C)が繊維状物質18に徐々に印加され、繊維状物質18をダイ断面形状56へ徐々に形成するように、間隙58の大きさは、選択的に、入口76(図5A)での間隙58の大きさに対する高さを縮小することができる。図5Cにおいて、形成圧力66は、最初に繊維状物質18に印加されるように示されているが、形成ダイセット50の入口76(図5A)から出口78(図5D)までの形成ダイセット50の長さに沿って、形成圧力66が任意の場所で繊維状物質18に印加されるように、形成ダイセット50を構成してもよい。図5Dは、形成ダイセット50の出口78でダイ断面形状56の完全な高さで形成された突起部62及び溝60を示す。図5Dにおける上方形成ダイ52と下方形成ダイ54との間の間隙58の大きさは、形成圧力66が繊維状物質18上に維持されて、繊維状物質18がダイ断面形状56の完成形状に形成されるようなものとすることができる。上述のように、熱(図示せず)が、形成ダイセット50の長さに沿って、任意の場所で繊維状物質18に印加される。   FIG. 5C shows protrusions 62 and grooves 60 formed at increasing heights in forming die set 50. As the fibrous material 18 moves through the forming die set 50, a forming pressure 66 (FIG. 5C) is gradually applied to the fibrous material 18 to gradually form the fibrous material 18 into the die cross-sectional shape 56. The size of the gap 58 can optionally reduce the height relative to the size of the gap 58 at the inlet 76 (FIG. 5A). In FIG. 5C, the forming pressure 66 is shown initially applied to the fibrous material 18, but the forming die set from the inlet 76 (FIG. 5A) to the outlet 78 (FIG. 5D) of the forming die set 50. The forming die set 50 may be configured such that the forming pressure 66 is applied to the fibrous material 18 anywhere along the length of 50. FIG. 5D shows the protrusion 62 and groove 60 formed at the exit 78 of the forming die set 50 at the full height of the die cross-sectional shape 56. The size of the gap 58 between the upper forming die 52 and the lower forming die 54 in FIG. 5D is such that the forming pressure 66 is maintained on the fibrous material 18 so that the fibrous material 18 is in the finished shape of the die cross-sectional shape 56. It can be as formed. As described above, heat (not shown) is applied to the fibrous material 18 at any location along the length of the forming die set 50.

図2及び図5を参照すると、上述のように、繊維状物質18が形成ダイセット50を介して移動する際に、繊維状物質18の層16上の形成圧力66(図3、図5C及び図5D)が徐々に増加するように、上方形成ダイ52と下方形成ダイ54との間の間隙58は、入口76(図2、図5及び図5A)では、出口78での間隙58の大きさよりも大きくすることができる。この方法において、形成ダイセット50を介して繊維状物質18の層16を引き抜き成形するために、減量された牽引力が必要とされる。さらに、繊維状物質18を徐々にダイ断面形状56に適合させる形成ダイセット50を通過する際に、繊維状物質18の層16が上方形成ダイ52及び下方形成ダイ54と接触するので、完成ダイ断面形状56(図5D)への段階的な推移により、樹脂24が徐々に加熱される。   Referring to FIGS. 2 and 5, as described above, as the fibrous material 18 moves through the forming die set 50, the forming pressure 66 on the layer 16 of fibrous material 18 (FIGS. 3, 5C and 5D), the gap 58 between the upper forming die 52 and the lower forming die 54 is the size of the gap 58 at the outlet 78 at the inlet 76 (FIGS. 2, 5 and 5A). It can be larger than this. In this manner, a reduced traction force is required to pulverize the layer 16 of fibrous material 18 through the forming die set 50. Further, as the layer 16 of fibrous material 18 contacts the upper forming die 52 and the lower forming die 54 as it passes through the forming die set 50 that gradually conforms the fibrous material 18 to the die cross-sectional shape 56, the finished die The resin 24 is gradually heated by the stepwise transition to the cross-sectional shape 56 (FIG. 5D).

限定されない実施形態において、プリフォーム200(図9)は、限定されることなく、種々の構成のうちの任意の一に形成可能であるが、プリフォーム200は、ハットセクション204(図9)のプリフォーム断面形状202(図9)に形成される。ハットセクション204は、一組のフランジ206(図9)及びフランジ206(図9)からキャップ210(図9)まで延びる一組のウェブ208を含む。プリフォーム200は、付加的なプリフォーム(図示せず)、付加的な乾燥繊維状物質214(図18)、プリプレグ(図示せず)、及び/又は取り外し可能な或いは固定のツーリング(たとえば、マンドレル216)(図18)で強化又は積層され、種々の構造繊維20(図2)及び種々の樹脂24(図2)を含む種々の繊維状物質18を含む連続的ビルドアッププリフォーム200(図2)を作成する。プリプレグ(図示せず)は、プリプレグ(図示せず)の総体積のおよそ30パーセントから70パーセントまでの範囲の体積分率でマトリックス材料(図示せず)にあらかじめ含浸された繊維状物質(図示せず)を含む。   In a non-limiting embodiment, the preform 200 (FIG. 9) can be formed in any one of a variety of configurations without limitation, but the preform 200 can be of the hat section 204 (FIG. 9). It is formed into a preform cross-sectional shape 202 (FIG. 9). Hat section 204 includes a set of flanges 206 (FIG. 9) and a set of webs 208 that extend from flange 206 (FIG. 9) to cap 210 (FIG. 9). Preform 200 may include additional preforms (not shown), additional dry fibrous material 214 (FIG. 18), prepregs (not shown), and / or removable or fixed tooling (eg, mandrels). 216) (FIG. 18), a continuous build-up preform 200 (FIG. 2) that includes various fibrous materials 18 that are reinforced or laminated with various structural fibers 20 (FIG. 2) and various resins 24 (FIG. 2). ). A prepreg (not shown) is a fibrous material (not shown) pre-impregnated in a matrix material (not shown) at a volume fraction in the range of approximately 30 to 70 percent of the total volume of the prepreg (not shown). A).

プリフォーム200(図18)の形状を維持するための繊維状物質18(図1)で使用される比較的低い体積分率(たとえば、1パーセントから10パーセント)の樹脂24(図1)と区別されるように、プリプレグ(図示せず)で使用されるマトリックス材料(図示せず)及びプリフォーム200(図18)に注入するために使用されるマトリックス材料222(図18)は、隣接する繊維間の剪断荷重の移動を促進する。付加的な繊維状物質214(図18)でプリフォーム200(図18)をアセンブリングした後に、アセンブリにマトリックス材料222(図18)が注入され且つ硬化されて、複合品250(図19)を形成する。この点で、ここで開示されるシステム10(図1)及び方法は、任意の数の付加的なプリフォーム200又は付加的な繊維状物質214(図18)などの一又は複数の複合コンポーネントを含む選択的アセンブリのための任意の断面形状を有するプリフォーム200(図18)の製造を促進する。プリフォーム200(図18)及び/又は付加的な繊維状物質214は、マトリックス材料222(図18)を注入され、硬化され、任意の大きさ、形状及び構成の完成複合品250を形成する。   Distinguished from the relatively low volume fraction (eg, 1 to 10 percent) resin 24 (FIG. 1) used in the fibrous material 18 (FIG. 1) to maintain the shape of the preform 200 (FIG. 18) As can be seen, the matrix material (not shown) used in the prepreg (not shown) and the matrix material 222 (FIG. 18) used to inject into the preform 200 (FIG. 18) include adjacent fibers. Facilitates the movement of shear loads between them. After assembling preform 200 (FIG. 18) with additional fibrous material 214 (FIG. 18), matrix material 222 (FIG. 18) is injected into the assembly and cured, resulting in composite article 250 (FIG. 19). Form. In this regard, the system 10 (FIG. 1) and method disclosed herein includes one or more composite components, such as any number of additional preforms 200 or additional fibrous materials 214 (FIG. 18). Facilitates the manufacture of preforms 200 (FIG. 18) having any cross-sectional shape for selective assembly including. Preform 200 (FIG. 18) and / or additional fibrous material 214 is injected with matrix material 222 (FIG. 18) and cured to form a finished composite 250 of any size, shape and configuration.

図3を参照すると、システム10は、繊維状物質18の層16が形成ダイセット50を通過する際に樹脂24を加熱するための加熱装置110を備える。示される実施形態では、加熱装置110は、上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54に組み込まれる、或いはそうでなければ取り付けられる一又は複数の加熱コイル112を備える。加熱装置110は、繊維状物質18の構造繊維20(図1)間などの樹脂24の流れを促進する粘着レベルまで樹脂24を加熱するように構成される。一の実施形態では、加熱装置110は、繊維状物質18の層16が形成ダイセット50を通過して樹脂24を少なくとも部分的に軟化させる間に、樹脂24の少なくとも融解温度又はガラス転移温度近くまで、樹脂24を加熱するように構成される。   With reference to FIG. 3, the system 10 includes a heating device 110 for heating the resin 24 as the layer 16 of fibrous material 18 passes through the forming die set 50. In the illustrated embodiment, the heating device 110 comprises one or more heating coils 112 that are incorporated into or otherwise attached to the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54. The heating device 110 is configured to heat the resin 24 to an adhesion level that promotes the flow of the resin 24, such as between the structural fibers 20 of the fibrous material 18 (FIG. 1). In one embodiment, the heating device 110 is at least near the melting temperature or glass transition temperature of the resin 24 while the layer 16 of fibrous material 18 passes through the forming die set 50 and at least partially softens the resin 24. Up to this point, the resin 24 is configured to be heated.

図3では、一の実施形態において、加熱コイル112は、繊維状物質18の層16にわたって熱114が実質的に均一に分配されるように配置される。上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54との接触により、繊維状物質18の層16が伝導的に加熱されるように、加熱コイル112は、上方形成ダイ52及び下方形成ダイ54を加熱するように構成される。加熱コイル112は上方形成ダイ52及び下方形成ダイ54の長さにそって延長するように示されているが、加熱コイル112は、種々の代替的配置のうちの任意の一で上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54に配置され又は取り付けられてもよい。さらなる実施形態では、加熱装置110は、樹脂24の輻射加熱により樹脂24を加熱するように構成される。たとえば、示されてはいないが、繊維状物質18における構造繊維20(図1)の加熱よりも激しく繊維状物質18における樹脂24を加熱するための周波数帯域を含む輻射を使用することにより、加熱装置110は樹脂24を加熱するように構成される。   In FIG. 3, in one embodiment, the heating coil 112 is positioned so that the heat 114 is distributed substantially evenly across the layer 16 of fibrous material 18. Heating coil 112 heats upper forming die 52 and lower forming die 54 such that contact with upper forming die 52 and / or lower forming die 54 conductively heats layer 16 of fibrous material 18. Configured as follows. Although the heating coil 112 is shown extending along the length of the upper forming die 52 and the lower forming die 54, the heating coil 112 may be used in any one of a variety of alternative arrangements. And / or may be disposed or attached to the lower forming die 54. In a further embodiment, the heating device 110 is configured to heat the resin 24 by radiant heating of the resin 24. For example, although not shown, heating by using radiation that includes a frequency band for heating the resin 24 in the fibrous material 18 more intensely than heating the structural fibers 20 (FIG. 1) in the fibrous material 18. Device 110 is configured to heat resin 24.

さらなる実施形態では、上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54(図3)は、融点に近い強磁性物質(図示せず)のキュリー温度、ガラス転移温度、又は繊維状物質18(図3)の層16(図3)における樹脂24(図3)の他の所望の温度に基づき選択される強磁性物質からなる。このような配置では、上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54の強磁性物質は、上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54に隣接して取り付けられる一又は複数の誘導コイル(図示せず)を介して流れる電流(図示せず)により生成される磁場(図示せず)により誘導的に加熱される。上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54は、強磁性物質のキュリー温度に近似である平衡温度まで、誘導的に加熱される。繊維状物質18の層16は、上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54との熱的接触のため、誘導的に加熱される。上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54の温度がキュリー温度に近づくにつれ、強磁性物質の磁気特性は衰退し始め、その結果、上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54の誘導加熱の縮小、及び上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54と接触する繊維状物質18の層16の伝導加熱の縮小が起こりうる。誘導コイルの誘導電流の流れが熱可塑性樹脂24の融解温度又はガラス転移温度などの所望の温度で繊維状物質18の層16の温度を安定させるのに十分なレベルまで自動的に減少するように、平衡温度にある上方形成ダイ62及び/又は下方形成ダイ54の部分は非磁性となる。   In a further embodiment, the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54 (FIG. 3) may have a Curie temperature, glass transition temperature, or fibrous material 18 (FIG. 3) of a ferromagnetic material (not shown) close to the melting point. The layer 16 (FIG. 3) comprises a ferromagnetic material selected based on the other desired temperature of the resin 24 (FIG. 3). In such an arrangement, the ferromagnetic material of the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54 is one or more induction coils (not shown) attached adjacent to the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54. ) Inductively heated by a magnetic field (not shown) generated by a current (not shown) flowing through. The upper forming die 52 and / or the lower forming die 54 are inductively heated to an equilibrium temperature that approximates the Curie temperature of the ferromagnetic material. The layer 16 of fibrous material 18 is inductively heated for thermal contact with the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54. As the temperature of the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54 approaches the Curie temperature, the magnetic properties of the ferromagnetic material begin to decline, resulting in a reduction in induction heating of the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54. And a reduction in conduction heating of the layer 16 of fibrous material 18 in contact with the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54 may occur. Inductive current flow through the induction coil is automatically reduced to a level sufficient to stabilize the temperature of the layer 16 of fibrous material 18 at a desired temperature, such as the melting temperature or glass transition temperature of the thermoplastic resin 24. The portions of the upper forming die 62 and / or the lower forming die 54 that are at the equilibrium temperature are non-magnetic.

しかしながら、加熱装置110(図3)は、種々の構成で提供することができ、伝導加熱、輻射加熱、又は誘導加熱を使用する樹脂24(図3)の加熱に限定されない。さらに、加熱装置110は、形成ダイセット50(図3)に組み込まれるものとして示されているが、形成ダイセット50と別個のコンポーネントとして提供することができ、入口76(図2)付近の形成ダイセット50の上流及び/又は出口78(図2)付近の形成ダイセット50の下流などの任意の場所に取り付けることができる。あるいは、材料ロール14で層16(図1)の樹脂24(図1)の温度を上昇させるために、一又は複数の材料ロール14(図1)が加熱されてもよい。さらに別の実施形態では、材料ロール14の繊維状物質18(図1)が低下した温度で提供され、そこで、層16が実質的に粘着度のない又は減少した粘着度を有するように、一又は複数の材料ロール14(図1)が冷蔵保存(図示せず)されてもよい。樹脂24の温度を上昇させ、層16の粘着力を高め、同時に上述の方法で既定の層16内の隣接する層16との接着及び/又は隣接する繊維20(図1)間の接着を促進するために、材料ロール14は加熱されてもよい。このような実施形態では、形成ダイセット50(図1)は選択的に加熱されてもよく、または加熱されなくてもよい。   However, the heating device 110 (FIG. 3) can be provided in various configurations and is not limited to heating the resin 24 (FIG. 3) using conductive heating, radiant heating, or induction heating. Further, although the heating device 110 is shown as being incorporated into the forming die set 50 (FIG. 3), it can be provided as a separate component from the forming die set 50 and forms near the inlet 76 (FIG. 2). It can be mounted anywhere, such as upstream of the die set 50 and / or downstream of the forming die set 50 near the outlet 78 (FIG. 2). Alternatively, one or more material rolls 14 (FIG. 1) may be heated in order to increase the temperature of the resin 24 (FIG. 1) of the layer 16 (FIG. 1) with the material roll 14. In yet another embodiment, the fibrous material 18 (FIG. 1) of the material roll 14 is provided at a reduced temperature, so that the layer 16 has substantially no or reduced tack. Alternatively, a plurality of material rolls 14 (FIG. 1) may be refrigerated (not shown). Increase the temperature of the resin 24 to increase the adhesion of the layer 16 and at the same time promote adhesion with adjacent layers 16 in the predetermined layer 16 and / or adhesion between adjacent fibers 20 (FIG. 1) in the manner described above. To do so, the material roll 14 may be heated. In such embodiments, the forming die set 50 (FIG. 1) may be selectively heated or not heated.

図2を参照すると、形成ダイセット50は、繊維状物質18の樹脂24の温度を低下させるための冷却装置130を選択的に備えることができる。一の実施形態では、冷却装置130は、形成ダイセット50の上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54に組み込まれ、又はそうでなければ取り付けられる。また、冷却装置130は、図10に示され且つ以下に述べられるように、加熱装置110の下流に配置されてもよい。図2において、冷却装置130は、繊維状物質18の層から熱(図示せず)を奪い、プリフォーム200がダイ断面形状56を保持するような方法で樹脂24を冷却及び凝固させるための手段を提供する。一の実施形態では、形成ダイセット50がダイ断面形状56を有する一方で、冷却装置130は、樹脂24の温度をガラス転移温度よりも下降させる手段を提供する。樹脂24が冷却される間に、層16の形成圧力66(図3)は、プリフォーム200をダイ断面形状56に形成する。一の実施形態では、冷却装置130は、上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54を介して、任意の適する液体(たとえば、水)などの冷却媒体(図示せず)を循環させるための一又は複数のコンジット(図示せず)を備える。冷却媒体は、樹脂24を冷却する上方形成ダイ52及び/又は下方形成ダイ54の一部から熱(図示せず)を奪うことができる。   Referring to FIG. 2, the forming die set 50 can optionally include a cooling device 130 for reducing the temperature of the resin 24 of the fibrous material 18. In one embodiment, the cooling device 130 is incorporated into or otherwise attached to the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54 of the forming die set 50. The cooling device 130 may also be disposed downstream of the heating device 110 as shown in FIG. 10 and described below. In FIG. 2, the cooling device 130 takes heat (not shown) from the layer of fibrous material 18 and means for cooling and solidifying the resin 24 in such a way that the preform 200 retains the die cross-sectional shape 56. I will provide a. In one embodiment, the forming die set 50 has a die cross-sectional shape 56, while the cooling device 130 provides a means to lower the temperature of the resin 24 below the glass transition temperature. While the resin 24 is cooled, the forming pressure 66 (FIG. 3) of the layer 16 forms the preform 200 into the die cross-sectional shape 56. In one embodiment, the cooling device 130 is configured to circulate a cooling medium (not shown) such as any suitable liquid (eg, water) through the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54. Alternatively, a plurality of conduits (not shown) are provided. The cooling medium can draw heat (not shown) from a portion of the upper forming die 52 and / or the lower forming die 54 that cools the resin 24.

図1、図2及び図4を参照すると、システム10(図1)は、形成ダイセット50(図1)の下流に位置し、且つ形成ダイセット50を介して繊維状物質18(図1)の層16を引き出す又は引き抜き成形するように構成されたプルメカニズム150(図4)を備える。示される実施形態において、プルメカニズム150は、繊維状物質18(図2)の層16(図2)の反対側に取り付けられ、且つ各々の回転軸周囲で各々の回転方向154a及び156a(図2)に沿って回転可能である上方ローラー154及び下方ローラー156(図2)などの一又は複数のプルローラー152(図2)を備える。上方ローラー154は円周溝160(図4)を有し、且つ、下方ローラー156はダイ断面形状56を補足するよう成形された円周突起部162(図4)を有する。プルローラー152は、繊維状物質18を固定し、繊維状物質18の層16を形成ダイセット50から引き抜き成形する。一の実施形態では、プルローラー152は、ダイ断面形状56を補足する又は実質的にそれと等しい断面形状を有する。   With reference to FIGS. 1, 2 and 4, the system 10 (FIG. 1) is located downstream of the forming die set 50 (FIG. 1) and through the forming die set 50 the fibrous material 18 (FIG. 1). A pull mechanism 150 (FIG. 4) configured to draw or pulverize the layer 16 of the substrate. In the embodiment shown, the pull mechanism 150 is attached to the opposite side of the layer 16 (FIG. 2) of the fibrous material 18 (FIG. 2) and around each axis of rotation 154a and 156a (FIG. 2). ) And one or more pull rollers 152 (FIG. 2), such as an upper roller 154 and a lower roller 156 (FIG. 2). The upper roller 154 has a circumferential groove 160 (FIG. 4), and the lower roller 156 has a circumferential protrusion 162 (FIG. 4) that is shaped to complement the die cross-sectional shape 56. Pull roller 152 secures fibrous material 18 and draws layer 16 of fibrous material 18 from forming die set 50. In one embodiment, pull roller 152 has a cross-sectional shape that supplements or is substantially equal to die cross-sectional shape 56.

プルメカニズム150(図1)は、ローラー間のプリフォーム断面形状202(図13)の異なるセクションを固定するための、繊維状物質18(図1)の層16(図1)の反対側に取り付けられる複数の概して円柱形状のローラー(図示せず)を備える。実質的に均一に分配された牽引力が繊維状物質18の層16の幅に印加されるように、ローラーが繊維状物質18の層16の幅にわたって分配され、且つ位置付けられる。実質的に均一に分配された牽引力が印加されるようにプルメカニズム150を構成することにより、構造繊維20(図1)の相対配向は、不均一な牽引力が層16の幅にわたって印加される場合に構造繊維20に生じる歪みに比べて、歪んでいない又は影響を受けない状態である。たとえば、織物などのある種の繊維状物質18の構造繊維20の配向は、プリフォーム200(図1)において、材料ロール14の繊維配向と実質的に同じ繊維配向で維持できる。図4は単独の上方ローラー152及び単独の下方ローラー154を示しているが、任意の数のローラーが層16の幅に沿って任意の場所に提供されてもよい。さらに、図2は単独のプルメカニズム150を示しているが、任意の数のプルメカニズム150がプリフォーム200の長さに沿って任意の場所に提供されてもよい。   Pull mechanism 150 (FIG. 1) is attached to the opposite side of layer 16 (FIG. 1) of fibrous material 18 (FIG. 1) to secure different sections of preform cross-sectional shape 202 (FIG. 13) between the rollers. A plurality of generally cylindrical rollers (not shown). The rollers are distributed and positioned over the width of the layer 16 of fibrous material 18 such that a substantially uniformly distributed traction force is applied to the width of the layer 16 of fibrous material 18. By configuring the pull mechanism 150 to apply a substantially evenly distributed traction force, the relative orientation of the structural fibers 20 (FIG. 1) is such that a non-uniform traction force is applied across the width of the layer 16. In comparison with the strain generated in the structural fiber 20, it is not distorted or affected. For example, the orientation of the structural fibers 20 of certain fibrous materials 18 such as fabrics can be maintained in the preform 200 (FIG. 1) with substantially the same fiber orientation as that of the material roll 14. Although FIG. 4 shows a single upper roller 152 and a single lower roller 154, any number of rollers may be provided anywhere along the width of the layer 16. Further, although FIG. 2 shows a single pull mechanism 150, any number of pull mechanisms 150 may be provided at any location along the length of the preform 200.

図2を参照すると、上方形成ダイ52及び下方形成ダイ54は、一般的に場所に取り付けられるように構成され、又は、一般的に互いに対して且つ形成ダイセット50を通過する繊維状物質18の層16に対して固定される。たとえば、図2は、一般的に互いに対する場所に取り付けられる上方固定ダイ72及び下方固定ダイ74から成る形成ダイセット50及び70を示している。この点で、繊維状物質18の層16が形成ダイセット50を介して引き出されている時には、上方固定ダイ72及び/又は下方固定ダイ74は、非可動式であるという意味で、互いに対して取り付けられ又は固定される。しかしながら、異なる厚さ及び/又は量の繊維状物質18の層16を収容するために、及び/又は上方固定ダイ72及び下方固定ダイ74により繊維状物質18の層16に適合された形成圧力66(図3)の大きさを調整するために、それらの間の間隙58が調整されるように、上方固定ダイ72及び下方固定ダイ74のどちらか一方が、それらの他方に対して調整可能である。   With reference to FIG. 2, the upper forming die 52 and the lower forming die 54 are generally configured to be mounted in place, or generally of the fibrous material 18 that passes relative to each other and through the forming die set 50. Fixed to the layer 16. For example, FIG. 2 shows forming die sets 50 and 70 consisting of an upper fixed die 72 and a lower fixed die 74 that are typically mounted in place relative to each other. In this regard, when the layer 16 of fibrous material 18 is being pulled through the forming die set 50, the upper fixed die 72 and / or the lower fixed die 74 are non-movable relative to each other. Attached or fixed. However, the forming pressure 66 adapted to the layer 16 of fibrous material 18 to accommodate different thicknesses and / or amounts of the layer 16 of fibrous material 18 and / or by the upper fixing die 72 and the lower fixing die 74. To adjust the size of (FIG. 3), either the upper fixed die 72 or the lower fixed die 74 can be adjusted relative to the other such that the gap 58 between them is adjusted. is there.

図6から図9を参照すると、層16(図6)のセクションを順番に形成するための可動ダイセット90(図6)として構成される形成ダイセット50(図6)の別の実施形態が示される。可動ダイセット90は、図6に示されるように、移動方向98(たとえば、図6の垂直方向)に沿って移動可能である上方可動ダイ92及び下方可動ダイ94(図6)を備える。上方可動ダイ92及び下方可動ダイ94の移動は、繊維状物質18の長さのセクションの連続的固定を促進し、ダイ断面形状56を繊維状物質18の層16に加える。また、可動ダイセット90は、異なる厚さ及び/又は量の繊維状物質18の層16を収容する。   With reference to FIGS. 6-9, another embodiment of a forming die set 50 (FIG. 6) configured as a movable die set 90 (FIG. 6) for sequentially forming sections of layer 16 (FIG. 6). Indicated. As shown in FIG. 6, the movable die set 90 includes an upper movable die 92 and a lower movable die 94 (FIG. 6) that are movable along a moving direction 98 (for example, the vertical direction in FIG. 6). Movement of the upper movable die 92 and the lower movable die 94 facilitates continuous fixation of the length section of the fibrous material 18 and adds a die cross-sectional shape 56 to the layer 16 of fibrous material 18. The movable die set 90 also contains layers 16 of fibrous material 18 of different thicknesses and / or amounts.

図7では、繊維状物質18の一又は複数の層16が形成ダイセット50を介して順番に前進するように、上方可動ダイ92及び下方可動ダイ94が分離される。たとえば、層16のセクション96(図6)が上方可動ダイ92と下方可動ダイ94との間の間隙58内に位置付けられるまで、層16は、プルメカニズム150(図6)を起動することにより前進する。プルメカニズム150が停止され、加熱装置110の手段により、熱114が上方可動ダイ92及び/又は下方可動ダイ94に選択的に印加される。   In FIG. 7, the upper movable die 92 and the lower movable die 94 are separated such that one or more layers 16 of the fibrous material 18 are advanced sequentially through the forming die set 50. For example, layer 16 is advanced by activating pull mechanism 150 (FIG. 6) until section 96 of layer 16 (FIG. 6) is positioned within gap 58 between upper movable die 92 and lower movable die 94. To do. Pull mechanism 150 is stopped and heat 114 is selectively applied to upper movable die 92 and / or lower movable die 94 by means of heating device 110.

図8では、上方可動ダイ92及び下方可動ダイ94は、互いの方向に向かって動かされ、それらの間に繊維状物質18の層16を固定する。上方可動ダイ92及び下方可動ダイ94と接触した結果、又は上述の輻射加熱手段及び/又は誘導加熱手段により、層16は伝導的に加熱される。樹脂24の温度がおよそ融点又はガラス転移温度まで上昇する間に、形成圧力66が層16に印加される。温度及び/又は形成圧力66は、所定時間内は維持される。熱114の印加は継続されず、選択的冷却装置130(図1)が起動され、樹脂24の温度が融点より低くなるように上方可動ダイ92及び下方可動ダイ94から熱が奪われる。   In FIG. 8, the upper movable die 92 and the lower movable die 94 are moved toward each other to secure the layer 16 of fibrous material 18 therebetween. The layer 16 is conductively heated as a result of contact with the upper movable die 92 and the lower movable die 94 or by the radiant and / or induction heating means described above. A forming pressure 66 is applied to the layer 16 while the temperature of the resin 24 rises to approximately the melting point or glass transition temperature. The temperature and / or forming pressure 66 is maintained for a predetermined time. The application of heat 114 is not continued, the selective cooling device 130 (FIG. 1) is activated, and heat is taken from the upper movable die 92 and the lower movable die 94 so that the temperature of the resin 24 is lower than the melting point.

図9において、樹脂24(図8)が冷却及び/又は凝固した状態で、樹脂24は硬化し、上方可動ダイ92及び下方可動ダイ94は分離される。凝固する際に、樹脂24は、図示されるように、繊維状物質18(図8)をダイ断面形状56に固定する。プルメカニズム150(図6)は、再起動され、層16(図6)の別のセクション96(図6)を上方可動ダイ92と下方可動ダイ94との間の間隙58(図6)に引き出す。所望の長さのプリフォーム200がダイ断面形状56を有するように形成されるまで、この工程は繰り返される。   In FIG. 9, in a state where the resin 24 (FIG. 8) is cooled and / or solidified, the resin 24 is cured, and the upper movable die 92 and the lower movable die 94 are separated. When solidified, the resin 24 fixes the fibrous material 18 (FIG. 8) to the die cross-sectional shape 56 as shown. Pull mechanism 150 (FIG. 6) is restarted and pulls another section 96 (FIG. 6) of layer 16 (FIG. 6) into gap 58 (FIG. 6) between upper movable die 92 and lower movable die 94. . This process is repeated until the desired length of preform 200 is formed having a die cross-sectional shape 56.

図10を参照すると、形成ダイセット50の下流に配置された冷却装置130を備えるシステム10の実施形態が示される。一の実施形態では、冷却装置130は、ダイ断面形状56(図9)に実質的に類似の断面形状を有する上方冷却ダイ134及び下方冷却ダイ136を含む冷却ダイセット132を備える。一の実施形態では、冷却ダイ132は、プリフォーム200が形成ダイセット50の出口78を通過した後に、繊維状物質18の層16から熱を奪うための加熱シンクとして働くように構成される。冷却ダイセット132は、層16の冷却ダイセット132の表面との接触のため層16から熱を伝導するための比較的大きな熱質量を提供することにより、繊維状物質18の層16を受動的に冷却するように構成される。   Referring to FIG. 10, an embodiment of the system 10 is shown that includes a cooling device 130 disposed downstream of the forming die set 50. In one embodiment, the cooling device 130 includes a cooling die set 132 that includes an upper cooling die 134 and a lower cooling die 136 having a cross-sectional shape substantially similar to the die cross-sectional shape 56 (FIG. 9). In one embodiment, the cooling die 132 is configured to act as a heat sink for removing heat from the layer 16 of fibrous material 18 after the preform 200 passes through the outlet 78 of the forming die set 50. The cooling die set 132 passively moves the layer 16 of fibrous material 18 by providing a relatively large thermal mass for conducting heat from the layer 16 for contact of the layer 16 with the surface of the cooling die set 132. Configured to cool down.

別の方法として、冷却装置130(図10)は、上述のように、形成ダイセット50(図10)の一部を介して冷却媒体の循環に類似する方法で、冷却装置130を介して循環する冷却媒体(図示せず)を使用して、繊維状物質18(図10)の層16(図10)を積極的に冷却するように構成される。冷却装置130は、繊維状物質18(図10)の層16で樹脂24(図10)の温度を下降させ、冷却装置130が層16を断面形状に維持している間に、樹脂24をガラス転移温度より低くなるまで冷却し硬化させるように構成される。冷却装置130は、選択的に、樹脂24の温度が既定のレベルに下降するまで、層16の形成圧力66(図8)を維持するように構成することができる。   Alternatively, the cooling device 130 (FIG. 10) circulates through the cooling device 130 in a manner similar to cooling medium circulation through a portion of the forming die set 50 (FIG. 10), as described above. The cooling medium (not shown) is configured to actively cool the layer 16 (FIG. 10) of the fibrous material 18 (FIG. 10). The cooling device 130 lowers the temperature of the resin 24 (FIG. 10) at the layer 16 of the fibrous material 18 (FIG. 10), while the cooling device 130 maintains the layer 16 in cross-sectional shape, the resin 24 is glass. It is configured to cool and cure until it is below the transition temperature. The cooling device 130 can optionally be configured to maintain the formation pressure 66 (FIG. 8) of the layer 16 until the temperature of the resin 24 drops to a predetermined level.

図11を参照すると、形成ダイセット50の下流に配置された積層メカニズム170を備えるシステム10の実施形態が示される。積層メカニズム170は、繊維状物質の付加的な又は後に続く層180をプリフォーム200と統合して連続的なビルドアッププリフォーム200を作成するように構成される。繊維状物質の後に続く層180は、プリフォーム200が初めに作成された繊維状物質と同種又は異種のものとすることができる。この点で、図11は、形成ダイセット50を介して引き抜き成形するための第一の繊維状物質40bの第一の層40aを含む第一の材料ロール40を示す。第二の材料ロール42は、スプール12から引き出され、且つ張力ローラー26及び/又はガイドローラー28を通る第二の繊維状物質42bの第二の層42aを含む。第二の層42aは第一の層40aと接合され、且つ積層メカニズム170に共に積層される。   Referring to FIG. 11, an embodiment of the system 10 comprising a stacking mechanism 170 disposed downstream of the forming die set 50 is shown. The lamination mechanism 170 is configured to integrate an additional or subsequent layer 180 of fibrous material with the preform 200 to create a continuous build-up preform 200. The layer 180 following the fibrous material can be the same or different from the fibrous material from which the preform 200 was originally made. In this regard, FIG. 11 shows a first material roll 40 that includes a first layer 40a of a first fibrous material 40b for pultrusion via a forming die set 50. FIG. The second material roll 42 includes a second layer 42 a of second fibrous material 42 b that is drawn from the spool 12 and passes through the tension roller 26 and / or the guide roller 28. The second layer 42a is bonded to the first layer 40a and laminated together on the lamination mechanism 170.

一の実施形態では、積層メカニズム170(図11)は、図1から図9で示された上述の形成ダイセット50に類似して構成される積層ダイセット172(図11)を備える。積層ダイセット172は、形成ダイセット50(図11)のダイ断面形状56(図11)に実質的に類似である積層ダイ断面形状178(図11)を有する上方積層ダイ174及び下方積層ダイ176(図11)を有する。積層ダイセット172は、第一の層40a及び第二の層42aがプルメカニズム150(図11)により積層ダイセット172を介して引き抜き成形される間に、第二の層42a(図11)の極厚を収容し、且つ積層圧力182(図12)を第一の層40a及び第二の層42a(図11)に印加するように構成される。第二の層42aは任意の幅で提供することができ、第一の層40aと同じ幅を有することに限定されない。また、第二の層42aは、プリフォーム200(図11)の任意の部分に適合することができる。   In one embodiment, the stacking mechanism 170 (FIG. 11) comprises a stacked die set 172 (FIG. 11) configured similar to the previously described forming die set 50 shown in FIGS. The stacked die set 172 includes an upper stacked die 174 and a lower stacked die 176 having a stacked die cross-sectional shape 178 (FIG. 11) that is substantially similar to the die cross-sectional shape 56 (FIG. 11) of the forming die set 50 (FIG. 11). (FIG. 11). The laminated die set 172 includes a second layer 42a (FIG. 11) while the first layer 40a and the second layer 42a are pultruded through the laminated die set 172 by the pull mechanism 150 (FIG. 11). It is configured to accommodate the extreme thickness and apply a lamination pressure 182 (FIG. 12) to the first layer 40a and the second layer 42a (FIG. 11). The second layer 42a can be provided with any width and is not limited to having the same width as the first layer 40a. Also, the second layer 42a can conform to any part of the preform 200 (FIG. 11).

図12及び図13を参照すると、上方積層ダイ174と下方積層ダイ176(図11)との間の第一の層40aに積層又は統合されている第二の層42aを示す積層メカニズム170の断面図が示される。図13に示されるように、第二の層42aは、プリフォーム200のキャップ210の幅にわたって延びる幅に提供される。上方積層ダイ174及び下方積層ダイ176は、キャップ210の第二の層42a(図11)の付加的な厚さを収容するように構成される。積層圧力182及び/又は熱184は、第一の層40a及び第二の層42aに印加され、第一の層40a及び第二の層42a(図11)を統合及び/又は接合し、連続的プリフォーム200を形成する。ここで理解されるように、繊維状物質180の任意の数の付加的な層、プリプレグ(図示せず)、又は付加的なプリフォーム(図示せず)は、図12及び図13で示されるプリフォーム200の任意の部分に適合することができる。   Referring to FIGS. 12 and 13, a cross section of the stacking mechanism 170 showing the second layer 42a being stacked or integrated with the first layer 40a between the upper stacking die 174 and the lower stacking die 176 (FIG. 11). A figure is shown. As shown in FIG. 13, the second layer 42 a is provided in a width that extends across the width of the cap 210 of the preform 200. Upper laminated die 174 and lower laminated die 176 are configured to accommodate the additional thickness of second layer 42a (FIG. 11) of cap 210. Lamination pressure 182 and / or heat 184 is applied to first layer 40a and second layer 42a to integrate and / or bond first layer 40a and second layer 42a (FIG. 11) continuously. A preform 200 is formed. As understood herein, any number of additional layers, prepregs (not shown), or additional preforms (not shown) of fibrous material 180 are shown in FIGS. Any part of the preform 200 can be adapted.

図14を参照すると、ダイ断面形状56を層アセンブリ46に加えるための、共にアセンブリングされ且つ形成ダイセット50に引き出された繊維状物質18の複数の層16を備えるシステム10の実施形態が示される。繊維状物質18の層16は、構造繊維20及び樹脂24の実質的に類似の材料組成を含む実質的に類似の材料で形成される。しかしながら、層16の繊維状物質18は、異なるものでもよい。たとえば、図14において、第一の繊維状物質40bの一又は複数の第一の層40aを分配するための第一の材料ロール40、第二の繊維状物質42bの一又は複数の第二の層42aを分配するための第二の材料ロール42、及び第三の繊維状物質44bの一又は複数の第三の層44aを分配するための第三の材料ロール44が示される。第一の層40a、第二の層42a及び第三の層44aは、同種又は同じ繊維材料組成を有する構造繊維20を含むことができる。別の方法では、第一の層40a、第二の層42a及び第三の層44aは、異なる繊維材料組成を有する異なる構造繊維20を含む。   Referring to FIG. 14, an embodiment of a system 10 comprising a plurality of layers 16 of fibrous material 18 assembled together and drawn into a forming die set 50 for adding a die profile 56 to a layer assembly 46 is shown. It is. The layer 16 of fibrous material 18 is formed of a substantially similar material that includes a substantially similar material composition of structural fibers 20 and resin 24. However, the fibrous material 18 of the layer 16 may be different. For example, in FIG. 14, the first material roll 40 for dispensing one or more first layers 40a of the first fibrous material 40b, the one or more second materials of the second fibrous material 42b. A second material roll 42 for dispensing the layer 42a and a third material roll 44 for dispensing one or more third layers 44a of the third fibrous material 44b are shown. The first layer 40a, the second layer 42a, and the third layer 44a can include structural fibers 20 having the same or the same fiber material composition. In another method, the first layer 40a, the second layer 42a, and the third layer 44a include different structural fibers 20 having different fiber material compositions.

さらに、第一の層40a、第二の層42a及び第三の層44aの構造繊維20は、同じ繊維配向、又は異なる繊維角度22(図1)などの異なる繊維配向を有することができる。たとえば、層40aの縦軸(図示せず)に対して、第一の層40aは+45度の第一の繊維角度40cで配向された繊維を含み、第二の層42aは0度の第二の繊維角度42cで配向された繊維を含み、第三の層44aは−45度の第三の繊維角度44cで配向された繊維を含む。さらに、第一の層40a、第二の層42a及び第三の層44aは、異種(すなわち、異なる材料組成)の樹脂24又は同種の樹脂24を含むことができる。また、層40a、層42a及び層44aは、同じ厚さ、或いは異なる厚さで提供することができる。一又は複数の材料ロール40、42及び44は、各々が繊維状物質(図示せず)の単独層を含むシングルプライロール(図示せず)を含んでいてもよい。別の方法では、一又は複数の材料ロール40、42及び44は、上述したように、同じ又は異なる樹脂組成、繊維組成、厚さ、及び/又は繊維配向を有する繊維状物質の多重層を含むマルチプライロール(図示せず)として提供されてもよい。   Furthermore, the structural fibers 20 of the first layer 40a, the second layer 42a, and the third layer 44a can have the same fiber orientation or different fiber orientations, such as different fiber angles 22 (FIG. 1). For example, with respect to the longitudinal axis (not shown) of the layer 40a, the first layer 40a includes fibers oriented at a first fiber angle 40c of +45 degrees, and the second layer 42a is a second of 0 degrees. The third layer 44a includes fibers oriented at a third fiber angle 44c of -45 degrees. Furthermore, the first layer 40 a, the second layer 42 a, and the third layer 44 a can include different types (that is, different material compositions) of the resin 24 or the same type of resin 24. In addition, the layer 40a, the layer 42a, and the layer 44a can be provided with the same thickness or different thicknesses. One or more material rolls 40, 42, and 44 may include single ply rolls (not shown), each including a single layer of fibrous material (not shown). Alternatively, one or more material rolls 40, 42 and 44 include multiple layers of fibrous material having the same or different resin composition, fiber composition, thickness, and / or fiber orientation, as described above. It may be provided as a multi-ply roll (not shown).

図14では、繊維状物質18の二以上の層16がアセンブリングされ、層アセンブリ46を形成する。層アセンブリ46は、上述の方法で、張力ローラー26及びガイドローラー28上を通過する。層アセンブリ46は、図14で示される上方ローラー154及び下方ローラー156などのプルメカニズム150により形成ダイセット50を介して引き抜き成形され、或いは、異種のプルメカニズム(図示せず)が使用される。層アセンブリ46が形成ダイセット50のダイ断面形状56(図8)に適合されるように、熱(図示せず)及び圧力(図示せず)が層アセンブリ46に印加され、樹脂24を軟化させ及び/又は少なくとも部分的に溶解する。層アセンブリ46及び樹脂24は、凝固して、ダイ断面形状56を有する固定されたプリフォーム200を形成する。繊維状物質(図示せず)の一又は複数のあとに続く層又はプリプレグ(図示せず)は、上述の方法でプリフォーム200に統合又は積層され、所望の断面形状を有する連続的なビルドアッププリフォーム200を作成する。プリフォーム200は、プリフォーム200の形成に続いて、ある長さに切断され整えられる。   In FIG. 14, two or more layers 16 of fibrous material 18 are assembled to form a layer assembly 46. Layer assembly 46 passes over tension roller 26 and guide roller 28 in the manner described above. The layer assembly 46 is pultruded through the forming die set 50 by a pull mechanism 150 such as the upper roller 154 and the lower roller 156 shown in FIG. 14, or a dissimilar pull mechanism (not shown) is used. Heat (not shown) and pressure (not shown) are applied to the layer assembly 46 to soften the resin 24 so that the layer assembly 46 is adapted to the die cross-sectional shape 56 (FIG. 8) of the forming die set 50. And / or at least partially dissolve. Layer assembly 46 and resin 24 solidify to form a fixed preform 200 having a die cross-sectional shape 56. One or more subsequent layers or prepregs (not shown) of the fibrous material (not shown) are integrated or laminated into the preform 200 in the manner described above and have a continuous build-up having the desired cross-sectional shape. A preform 200 is created. The preform 200 is cut and trimmed to a length following the formation of the preform 200.

一の実施形態では、プリフォーム200を所望の断面形状202に形成した後に、付加的な繊維状物質214(図18)でプリフォーム200をアセンブリングするのに先立って、且つ、プリフォーム200にマトリックス材料(図18)を注入するのに先立って、プリフォーム200は、二次的な形成工程で、熱形成され(図示せず)又はホットドレープ形成され(図示せず)、付加的な形状に形成される。プリフォーム200を熱形成することは、プリフォーム200が熱形成ツール(図示せず)の形状をとるように、加熱されたプリフォーム200を熱形成ツールに適合しながら、プリフォーム200を加熱して樹脂24(図1)を軟化させることを含む。プリフォーム200をツールに対して維持しながら、プレフォーム200は軟化する。プリフォーム200があらかじめ形成されたダイ断面形状56(図1)に加えて熱形成された形状を保持するように、プリフォーム200の樹脂24は、冷却及び硬化される。この方法では、他の繊維状物質214(図18)とのアセンブリに先立って、且つアセンブリへのマトリックス材料222(図18)の注入に先立って、所望の断面形状を有するプリフォーム200は、種々の付加的な形状のうちの任意の一に形成される。   In one embodiment, after forming the preform 200 to the desired cross-sectional shape 202, prior to assembling the preform 200 with additional fibrous material 214 (FIG. 18) and into the preform 200. Prior to injecting the matrix material (FIG. 18), the preform 200 is thermoformed (not shown) or hot draped (not shown) in a secondary forming process to provide additional shapes. Formed. Thermoforming the preform 200 heats the preform 200 while adapting the heated preform 200 to the thermoforming tool such that the preform 200 takes the shape of a thermoforming tool (not shown). Softening the resin 24 (FIG. 1). While maintaining the preform 200 against the tool, the preform 200 softens. The resin 24 of the preform 200 is cooled and cured so that the preform 200 retains the thermally formed shape in addition to the preformed die cross-sectional shape 56 (FIG. 1). In this manner, prior to assembly with other fibrous material 214 (FIG. 18) and prior to injection of matrix material 222 (FIG. 18) into the assembly, preform 200 having the desired cross-sectional shape can be Formed in any one of the additional shapes.

たとえば、図14に示されるハットセクション204プリフォーム200は、ハットセクション204プリフォーム200の長さに沿って僅かな湾曲形状(図示せず)に熱形成される。湾曲形状は、プリフォーム200を使用して形成される複合品の完成形状(図示せず)に補完的であるものとする。プリフォーム200の熱形成が湾曲をプリフォームの長さに対して熱形成することに限定されない、という点に留意すべきである。たとえば、プリフォーム200は、プリフォーム200の長さに沿ってねじれ形状(図示せず)に、又は、種々の他の形状のうちの任意の一に熱形成されてもよい。有利には、比較的少量の樹脂24(図1)(たとえば、およそ10パーセントまで)は、プリフォーム200を所望の断面形状及び複合品のレイアップを簡略化可能な熱形成された形状に維持することができる。先ほど示したように、ここで述べられる方法で形成された形状安定化されたプリフォーム200は、ツール上でのプライスタックをアセンブリングする工程中に作業を最小限にすることにより、明らかに、複合品のレイアップに関わる複雑さを縮小し、且つ時間を短縮することができる。この方法において、ここで開示されるプリフォーム200は、真空バギング、オートクレービング、及びマトリックス材料の注入及び硬化に関する他の工程に先立って及びそれらの工程中に、大部分のレイアップ時間がファブリック又はトウの繊維を所望の配向に位置付け且つ維持することに関連している、複合品の従来のプライバイプライ(ply−by−ply)レイアップに一般的に関連する作業量を明らかに軽減することができる。   For example, the hat section 204 preform 200 shown in FIG. 14 is thermoformed into a slightly curved shape (not shown) along the length of the hat section 204 preform 200. The curved shape shall be complementary to the finished shape (not shown) of the composite product formed using the preform 200. It should be noted that the thermoforming of the preform 200 is not limited to thermoforming the curvature relative to the length of the preform. For example, the preform 200 may be thermoformed into a twisted shape (not shown) along the length of the preform 200, or any one of a variety of other shapes. Advantageously, a relatively small amount of resin 24 (FIG. 1) (eg, up to about 10 percent) maintains preform 200 in a desired cross-sectional shape and a thermoformed shape that can simplify composite lay-up. can do. As previously indicated, the shape-stabilized preform 200 formed by the method described herein clearly demonstrates that by minimizing work during the process of assembling the ply stack on the tool, The complexity involved in laying up the composite product can be reduced and the time can be shortened. In this manner, the preform 200 disclosed herein has a fabric with a majority of lay-up time prior to and during other steps related to vacuum bagging, autoclaving, and matrix material injection and curing. Or significantly reduces the amount of work generally associated with conventional ply-by-ply layups of composite articles, which is associated with positioning and maintaining the tow fibers in the desired orientation. be able to.

図15を参照すると、上方プリフォームダイ232及び下方プリフォームダイ234を備え、且つ上方プリフォームダイ232と下方プリフォーム234との間に位置付けられたプリフォーム200のスタック240を示すプリフォームダイセット230が示される。プリフォームダイセット230は、プリフォームスタック240の伝導加熱、輻射加熱及び/又は誘導加熱を実行するための、上述の任意の構成の加熱装置(図示せず)を備える。プリフォームダイセット230は、上述の形成ダイセット50(図1)に類似して構成される。プリフォーム200が互いに組み込まれるように、プリフォーム200は、断面形状に対して互いに実質的に類似して形成される。上述のように、プリフォーム200は類似の又は異なる樹脂24及び/又は繊維状物質18の組成、厚さ、及び/または繊維配向で形成することができる。   Referring to FIG. 15, a preform die set showing a stack 240 of preforms 200 with an upper preform die 232 and a lower preform die 234 and positioned between the upper preform die 232 and the lower preform 234. 230 is shown. The preform die set 230 includes a heating device (not shown) of any configuration described above for performing conductive heating, radiant heating, and / or induction heating of the preform stack 240. The preform die set 230 is configured similar to the forming die set 50 (FIG. 1) described above. The preforms 200 are formed substantially similar to each other with respect to the cross-sectional shape so that the preforms 200 are incorporated into each other. As described above, the preform 200 can be formed with similar or different resin 24 and / or fibrous material 18 composition, thickness, and / or fiber orientation.

プリフォームダイセット230の上方プリフォームダイ232及び/または下方プリフォームダイ234は、移動方向236に沿って互いに対して移動可能(たとえば、垂直に)であり、上方プリフォームダイ232と下方プリフォームダイ234との間のプリフォームスタック240の長さ(図示せず)のセクションを順番に固定する。別の方法では、プリフォームダイセット230は固定式であり、図1及び図2で示された形成ダイセット50の固定構成のための、上述の引き抜き成形に類似する上方プリフォームダイ232と下方プリフォームダイ234との間の間隙(図示せず)を介してプリフォームスタック240を引き抜き成形するように構成される。   The upper preform die 232 and / or the lower preform die 234 of the preform die set 230 are movable (eg, vertically) relative to each other along the direction of movement 236, and the upper preform die 232 and the lower preform die 234 The length (not shown) sections of the preform stack 240 between the dies 234 are fixed in order. Alternatively, the preform die set 230 is stationary and an upper preform die 232 similar to the pultrusion described above and below for the fixed configuration of the forming die set 50 shown in FIGS. The preform stack 240 is configured to be pultruded through a gap (not shown) with the preform die 234.

図16において、上方プリフォームダイ232及び下方プリフォームダイ234は、移動方向236(図15)に沿って互いの方向に向かって移動され、プリフォームスタック240を固定する。熱(図示せず)は、一または複数の加熱装置110を使用してプリフォームスタック240に印加され、樹脂24の粘着性を弱める温度までプリフォームスタック240を加熱する。樹脂24は、樹脂24の融点付近またはそれを超える温度まで加熱され、樹脂を軟化させ及び/又はその粘着性を弱める。弱まった粘着性の樹脂24により、隣接したプリフォーム200で樹脂24の混合が促進される。圧縮力238は、付加的にプリフォームスタック240に印加され、以下で詳細が述べられるように、プリフォーム200の強化を促進する。   In FIG. 16, the upper preform die 232 and the lower preform die 234 are moved toward each other along the moving direction 236 (FIG. 15) to fix the preform stack 240. Heat (not shown) is applied to the preform stack 240 using one or more heating devices 110 to heat the preform stack 240 to a temperature that reduces the tackiness of the resin 24. The resin 24 is heated to a temperature near or above the melting point of the resin 24 to soften the resin and / or weaken its adhesiveness. The weakened adhesive resin 24 promotes the mixing of the resin 24 in the adjacent preform 200. A compressive force 238 is additionally applied to the preform stack 240 to promote strengthening of the preform 200 as will be described in detail below.

図17では、プリフォームスタック240(図16)に熱及び/又は圧縮力238(図16)が印加される結果として、プリフォームアセンブリ242が形成される。樹脂24(図16)が凝固した状態で、プリフォームアセンブリ242はプリフォームダイセット230の断面形状をとる。以下で述べられるように、プリフォームアセンブリ242は、付加的な繊維状物質214(図18)などの一又は複数の複合コンポーネント(図示せず)と組み合わせられ、マトリックス材料222(図18)を注入される。以下で述べられるように、複合コンポーネント250(図19)が形成されるように、マトリックス材料222は硬化される。   In FIG. 17, a preform assembly 242 is formed as a result of applying heat and / or compression force 238 (FIG. 16) to the preform stack 240 (FIG. 16). With the resin 24 (FIG. 16) solidified, the preform assembly 242 takes the cross-sectional shape of the preform die set 230. As described below, the preform assembly 242 is combined with one or more composite components (not shown), such as additional fibrous material 214 (FIG. 18), to inject the matrix material 222 (FIG. 18). Is done. As described below, the matrix material 222 is cured so that a composite component 250 (FIG. 19) is formed.

図18を参照すると、付加的な繊維状物質214と位置付けられ又はアセンブリングされたプリフォーム200が示される。繊維状物質214の付加的な層218は、他の形状が固定されたプリフォーム又は実質的に乾燥したプリフォーム(図示せず)、プリプレグ(図示せず)、及び他の種々の繊維状物質214のうちの任意の一を含むことができる。図18に示されるように、ハットセクション204プリフォーム200は、プリフォーム200に備え付けられるマンドレル216を使用して、ハットストリンガー252にアセンブリングされる。マンドレル216は、真空バギング及び/又はオートクレービング中に且つマトリックス材料222の注入中に、プリフォーム200の形状を支持する。マンドレル216は、取り外し可能なブラダー(図示せず)又は溶解性フォーム(図示せず)などの一時的なマンドレルを含む。別の方法では、マンドレル216は、永続的フォームマンドレルなどの永続的マンドレル(図示せず)、又はハットストリンガー252或いは他の閉断面形状内に永続的に保持されるように構成された他のツーリングを含むことができる。   Referring to FIG. 18, a preform 200 positioned or assembled with additional fibrous material 214 is shown. Additional layers 218 of fibrous material 214 may be preforms with other shapes fixed or substantially dry preforms (not shown), prepregs (not shown), and various other fibrous materials. Any one of 214 can be included. As shown in FIG. 18, the hat section 204 preform 200 is assembled to the hat stringer 252 using a mandrel 216 provided with the preform 200. Mandrel 216 supports the shape of preform 200 during vacuum bagging and / or autoclaving and during injection of matrix material 222. Mandrel 216 includes a temporary mandrel such as a removable bladder (not shown) or a dissolvable foam (not shown). Alternatively, the mandrel 216 is a permanent mandrel (not shown), such as a permanent foam mandrel, or other tooling configured to be permanently retained within a hat stringer 252 or other closed cross-sectional shape. Can be included.

図19では、付加的な複合コンポーネント(図示せず)がプリフォーム200とアセンブリングされる。たとえば、一組のヌードル272(図18から図20)又は他のラジウスフィラーが備え付けられ、以下で述べられるように、フランジ254(図19)、ウェブ256(図19)、及び一又は複数のプリフォーム200を使用して形成されるハットストリンガー252(図19)のベースラミネート264(図19)との間の空間を満たす。ヌードル272は、又はマンドレル216とハットセクション204プリフォーム200との間の範囲を満たすための、一方向のトウ、織布、繊維強化接着剤、他の材料で形成される。材料の付加的な層218は、プリフォーム200上に適合され、マンドレル216及びヌードル272を密閉する。たとえば、織布又は不織布、まとめられたトウ、プリプレグ、又は他の基板或いは材料などの繊維状物質214の後に続く層218が、マンドレル216及びプリフォーム200上の一又は複数の層218に適合される。   In FIG. 19, an additional composite component (not shown) is assembled with the preform 200. For example, a set of noodles 272 (FIGS. 18-20) or other radius fillers may be provided, as described below, flange 254 (FIG. 19), web 256 (FIG. 19), and one or more profiles. The space between the hat stringer 252 (FIG. 19) and the base laminate 264 (FIG. 19) formed using the reform 200 is filled. Noodle 272 is formed of unidirectional tow, woven fabric, fiber reinforced adhesive, or other material to fill the area between mandrel 216 and hat section 204 preform 200. An additional layer 218 of material is fitted over the preform 200 and seals the mandrel 216 and noodle 272. For example, a layer 218 that follows a fibrous material 214 such as a woven or non-woven fabric, a bundled tow, prepreg, or other substrate or material is adapted to one or more layers 218 on the mandrel 216 and preform 200. The

プリフォーム200(図18)及び付加的な繊維状物質214(図18)には、次いで、マトリックス材料222(図18)が注入され、マトリックス材料222が硬化して、単独の統一された完成複合品250(図19)が形成される。マトリックス材料222の注入は、任意の適する液体成形工程によるものであり、選択的に熱及び/又は圧力の印加を含み、マトリックスの浸透及び強化を促進し、複合品250を形成する。たとえば、プリフォーム200及び付加的な繊維状物質214は、マトリックス材料222が圧力下でプリフォーム200又は密閉成形内の他のコンポーネントに注入される樹脂トランスファー成形(RTM)により注入される。プリフォーム200及び付加的な繊維状物質214は、マトリックス材料222(図19)をプリフォーム200及び付加的な繊維状物質214に注入するために、真空生成圧力を使用する真空補助樹脂トランスファー成形(∨ARTM)を使用して注入してもよい。樹脂フィルム注入(RFI)は、マトリックス材料(図示せず)のフィルムがプリフォーム200の下又は最上部に位置付けられる状態で、実施することもできる。マトリックス材料フィルムの粘着性を弱めてプリフォーム200にその浸透を促進するために、熱を印加してもよい。付加的な注入工程は、プリフォーム200の構造繊維20(図11)にマトリックス材料222を注入及び含浸するために採用することもできる。   Preform 200 (FIG. 18) and additional fibrous material 214 (FIG. 18) are then injected with matrix material 222 (FIG. 18), and matrix material 222 is cured to form a single unified finished composite. Article 250 (FIG. 19) is formed. The injection of the matrix material 222 is by any suitable liquid molding process and optionally involves the application of heat and / or pressure to promote matrix penetration and strengthening to form the composite article 250. For example, the preform 200 and additional fibrous material 214 are injected by resin transfer molding (RTM) where the matrix material 222 is injected under pressure into the preform 200 or other components within the hermetic molding. Preform 200 and additional fibrous material 214 are formed in a vacuum assisted resin transfer molding that uses vacuum generation pressure to inject matrix material 222 (FIG. 19) into preform 200 and additional fibrous material 214. (ARTM) may be used for injection. Resin film injection (RFI) can also be performed with a film of matrix material (not shown) positioned under or on top of the preform 200. Heat may be applied to weaken the adhesion of the matrix material film and promote its penetration into the preform 200. Additional injection steps can also be employed to inject and impregnate the matrix material 222 into the structural fibers 20 (FIG. 11) of the preform 200.

一の実施形態では、マトリックス材料222(図18)は、プリフォーム200(図19)の樹脂24(図18)と化学的に適合する組成を有する熱硬化性樹脂又は熱可塑性マトリックス材料を含む。一の実施形態では、マトリックス材料222は、エポキシ、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリエステル類、ポリイミド、ポリウレタン、ポリベンゾキサゾール、シアン酸塩エステル類、ポリエーテルアミド、及び他のマトリックス材料222のうちの任意の一を含むことができる。また、マトリックス材料222は、繊維状物質18(図11)の層16(図11)と共に含まれる樹脂24と同じ或いは異なる熱可塑性樹脂24を選択的に含むことができる。   In one embodiment, the matrix material 222 (FIG. 18) comprises a thermoset resin or thermoplastic matrix material having a composition that is chemically compatible with the resin 24 (FIG. 18) of the preform 200 (FIG. 19). In one embodiment, the matrix material 222 is an epoxy, bismaleimide, phenolic resin, polyester, polyimide, polyurethane, polybenzoxazole, cyanate ester, polyetheramide, and other matrix materials 222. Any one can be included. Also, the matrix material 222 can selectively include a thermoplastic resin 24 that is the same as or different from the resin 24 included with the layer 16 (FIG. 11) of the fibrous material 18 (FIG. 11).

繊維状物質18(図18)の層16(図1)に提供される樹脂24(図18)は、好適にはマトリックス材料222(図18)と化学的に適合し、且つマトリックス材料222が存在する際には、一又は複数の適合特性を有する。たとえば、繊維状物質18の層16に提供される樹脂24は、熱硬化性マトリックス材料を含むマトリックス材料222に少なくとも部分的に溶解する。別の方法では、繊維状物質18の層16に提供される樹脂24は、マトリックス材料222に完全に溶解する。またさらに、繊維状物質18の層16に提供される樹脂24は、マトリックス材料222と化学的に反応する。さらなる実施形態では、繊維状物質18の層16に提供される樹脂24は、樹脂24がマトリックス材料222と接触するようになると、マトリックス材料222のフェーズと異なるフェーズに留まる。好適には、繊維状物質18の層16に提供される樹脂24は、マトリックス材料222が樹脂24と整合する場所で注入及び硬化された複合品250(図19)のミクロクラックを避ける又は阻止する。   The resin 24 (FIG. 18) provided to the layer 16 (FIG. 1) of the fibrous material 18 (FIG. 18) is preferably chemically compatible with the presence of the matrix material 222 (FIG. 18). In doing so, it has one or more matching properties. For example, the resin 24 provided to the layer 16 of fibrous material 18 is at least partially dissolved in a matrix material 222 that includes a thermoset matrix material. Alternatively, the resin 24 provided to the layer 16 of fibrous material 18 is completely dissolved in the matrix material 222. Still further, the resin 24 provided to the layer 16 of fibrous material 18 chemically reacts with the matrix material 222. In a further embodiment, the resin 24 provided to the layer 16 of fibrous material 18 remains in a different phase from that of the matrix material 222 once the resin 24 comes into contact with the matrix material 222. Preferably, the resin 24 provided to the layer 16 of fibrous material 18 avoids or prevents microcracks in the composite article 250 (FIG. 19) injected and cured where the matrix material 222 is aligned with the resin 24. .

図19及び図20を参照すると、一又は複数のハットセクション204プリフォーム200を含むハットストリンガー252が示される。図20では、一又は複数のハットセクション204プリフォーム200が組み合わされ、ハットストリンガー252の主要なラミネート260を形成する。主要なラミネート260は、複数の主要なプライ262を含み、それらの一又は複数は、上述のように、形状安定化されたプリフォーム200として形成される。ハットストリンガー252は、複数のベースプライ266(図20)を含むベースラミネート264も含み、それらの一又は複数は、形状安定化された(たとえば、平面)プリフォーム200としても形成される。別の方法では、ベースラミネート264は、図18で示されるように、材料ロール14(図18)から繊維状物質18を適合することにより形成される。   Referring to FIGS. 19 and 20, a hat stringer 252 including one or more hat section 204 preforms 200 is shown. In FIG. 20, one or more hat section 204 preforms 200 are combined to form the main laminate 260 of the hat stringer 252. The main laminate 260 includes a plurality of main plies 262, one or more of which are formed as a shape-stabilized preform 200, as described above. The hat stringer 252 also includes a base laminate 264 that includes a plurality of base plies 266 (FIG. 20), one or more of which are also formed as a shape-stabilized (eg, planar) preform 200. Alternatively, the base laminate 264 is formed by fitting the fibrous material 18 from the material roll 14 (FIG. 18), as shown in FIG.

図19では、ハットストリンガー252は、ラッププライ270(図20)を含み、マンドレル216(図20)により選択的に支持される閉断面を形成するラップラミネート268も含む。ラップラミネート268のラッププライ270は、ハットストリンガー252の主要なラミネート260のハットセクション204プリフォーム200の形成と類似する方法で、一又は複数のプリフォーム200として形成される。ラッププライ270がマンドレル216に適合される断面形状に形成されるように、熱(図示せず)を印加した状態で粘着力を高める組成のラッププライプリフォーム(図示せず)に樹脂24を提供することにより、ラッププライ270は粘着力が高められる。しかしながら、樹脂24は、熱を除去すれば粘着力が高まるという性質も有しているので、上述のように、温度の低下とともに粘着レベルが増加する間に樹脂24が凝固し、プリフォーム200(図1)がダイ断面形状56(図1)を保持できる。上述のように、マンドレル216は、真空バギング、オートクレービング及び/又はマトリックス材料222の注入中に、ハットストリンガー252の閉断面形状を支持する。図20では、ベースラミネート264と接合されたフランジ254及びウェブ256の範囲によるフランジ254とウェブ256との交点の間の空間を満たすために、一又は複数のヌードル272又はラジウスフィラーが、ハットストリンガー252(図19)に含まれる。   In FIG. 19, the hat stringer 252 includes a wrap laminate 268 that includes a wrap ply 270 (FIG. 20) and that forms a closed cross section that is selectively supported by a mandrel 216 (FIG. 20). The wrap ply 270 of the lap laminate 268 is formed as one or more preforms 200 in a manner similar to the formation of the hat section 204 preform 200 of the main laminate 260 of the hat stringer 252. Resin 24 is provided to a wrap ply preform (not shown) having a composition that enhances adhesion when heat (not shown) is applied so that the lap ply 270 is formed in a cross-sectional shape adapted to the mandrel 216. By doing so, the adhesive force of the lap ply 270 is increased. However, since the resin 24 also has the property that the adhesive strength increases if the heat is removed, as described above, the resin 24 solidifies while the adhesive level increases as the temperature decreases, and the preform 200 ( 1) can retain the die cross-sectional shape 56 (FIG. 1). As described above, the mandrel 216 supports the closed cross-sectional shape of the hat stringer 252 during vacuum bagging, autoclaving and / or injection of the matrix material 222. In FIG. 20, one or more noodles 272 or a radius filler is added to the hat stringer 252 to fill the space between the intersection of the flange 254 and the web 256 due to the extent of the flange 254 and the web 256 joined to the base laminate 264. (FIG. 19).

図21を参照すると、ここで開示されるような一又は複数の形状安定化されたプリフォーム200を使用して形成される物品を組み込む航空機300の透視図が示される。航空機300は、一対の翼304、及び、垂直安定板312及び水平安定板310を備え、且つ操縦面306と推進装置314を更に備える尾部308を有する機体302を含む。航空機300は、本開示のプリフォーム200を組み込む種々の乗物のうちの一般的な代表例の一である。この点でプリフォーム200は、任意の構造システム、構造サブシステム、構造アセンブリ、ストラクチャ、または任意の飛行体及び/又は宇宙ビークルを含む乗物に組み込むことができる。たとえば、航空機300の構造において、プリフォーム200は、翼パネル、翼外板、翼桁、翼小骨、補助翼、操縦面306、サポートストラクチャ、及び他のコンポーネントなどの翼304内などの、航空機の内部コンポーネント及び/又は外部コンポーネントに組み込まれる。プリフォーム200は、機体外板、機体バルクヘッド、フレーム、ハットストリンガー252(図19)などのストリンガーなどのコンポーネント、及び他のコンポーネントのような、機体302のコンポーネントに組み込まれてもよい。   Referring to FIG. 21, a perspective view of an aircraft 300 incorporating an article formed using one or more shape-stabilized preforms 200 as disclosed herein is shown. The aircraft 300 includes a fuselage 302 having a pair of wings 304 and a tail 308 that includes a vertical stabilizer 312 and a horizontal stabilizer 310 and further includes a control surface 306 and a propulsion device 314. Aircraft 300 is one of the common representatives of various vehicles that incorporate preform 200 of the present disclosure. In this regard, the preform 200 can be incorporated into any structural system, structural subsystem, structural assembly, structure, or vehicle including any air vehicle and / or space vehicle. For example, in the structure of aircraft 300, preform 200 may be used in aircraft wings, such as in wings 304 such as wing panels, wing skins, spar, wing bones, auxiliary wings, control surfaces 306, support structures, and other components. Embedded in internal and / or external components. The preform 200 may be incorporated into a component of the fuselage 302, such as a fuselage skin, a fuselage bulkhead, a frame, a component such as a stringer such as a hat stringer 252 (FIG. 19), and other components.

図22を参照すると、複合品250を形成する方法400に含まれる一又は複数の操作のフローチャートが示される。方法は、複合品250(図19)に組み込まれるような形状安定化された固定プリフォーム200を形成するためのステップを含む。   Referring to FIG. 22, a flowchart of one or more operations included in a method 400 for forming a composite article 250 is shown. The method includes a step for forming a shape-stabilized stationary preform 200 as incorporated into a composite article 250 (FIG. 19).

図22の方法400のステップ402は、構造繊維20(図1)を含む繊維状物質18(図1)の少なくとも一の層16(図1)を提供することを含む。一の実施形態では、繊維状物質18の層16は、上述のように、ダイ断面形状56(図1)にプリフォーム200を形成する、及び/又はプリフォーム200の多重層16の粘着力を高めるのに十分な量の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂24(図1)を含む。一の実施形態では、繊維状物質18の層16は層16の総体積に対するおよそ10体積パーセントまでの樹脂24(図1)を含む。一の実施形態では、繊維状物質18の層16は、およそ10体積パーセント又はそれより少ない樹脂を含む。樹脂24は、熱可塑性樹脂、或いは熱硬化性樹脂を含むことができる。一の実施形態では、繊維状物質18の層16は、比較的少量の樹脂24を含む。たとえば、繊維状物質18の層16(図1)は、層16の総体積に対して、およそ2体積パーセントから4体積パーセントの樹脂24を含む。繊維状物質18及び樹脂24は、上述のように、種々の異なる材料組成、厚さ、繊維配向のうちの任意の一で提供される。   Step 402 of method 400 of FIG. 22 includes providing at least one layer 16 (FIG. 1) of fibrous material 18 (FIG. 1) that includes structural fibers 20 (FIG. 1). In one embodiment, the layer 16 of fibrous material 18 forms the preform 200 in the die cross-sectional shape 56 (FIG. 1) and / or provides adhesion of the multiple layers 16 of the preform 200 as described above. A sufficient amount of thermoplastic or thermosetting resin 24 (FIG. 1) is included to enhance. In one embodiment, the layer 16 of fibrous material 18 includes up to approximately 10 volume percent resin 24 (FIG. 1) relative to the total volume of layer 16. In one embodiment, the layer 16 of fibrous material 18 comprises approximately 10 volume percent or less resin. The resin 24 can include a thermoplastic resin or a thermosetting resin. In one embodiment, the layer 16 of fibrous material 18 includes a relatively small amount of resin 24. For example, the layer 16 of fibrous material 18 (FIG. 1) includes approximately 2 volume percent to 4 volume percent resin 24 relative to the total volume of the layer 16. The fibrous material 18 and the resin 24 are provided in any one of a variety of different material compositions, thicknesses, and fiber orientations as described above.

樹脂24(図1)は、限定はしないが、ローラー(図示せず)、ブラシ(図示せず)、スプレー(図示せず)、又は種々の他の樹脂適合方法のうちの任意の一を使用するなど、任意の適する手段により、繊維状物質18(図1)にあらかじめ適合される。樹脂24は、粘着性を弱めるために、適合するのに先立って、加熱されてもよい。一の実施形態では、樹脂24は、社内で及び/又はベンダーにより、繊維状物質18の層16にあらかじめ適合されてもよい。層16は、上述のように、所望の樹脂及び繊維材料組成、厚さ、及び/又は繊維配向で、シングルプライ材料ロール14b(図1)又はマルチプライ材料ロール14c(図1)で提供されてもよい。   Resin 24 (FIG. 1) uses, but is not limited to, any one of a roller (not shown), brush (not shown), spray (not shown), or various other resin matching methods. Is pre-adapted to the fibrous material 18 (FIG. 1) by any suitable means. Resin 24 may be heated prior to conformation to weaken adhesion. In one embodiment, the resin 24 may be pre-adapted to the layer 16 of fibrous material 18 in-house and / or by a vendor. Layer 16 is provided in single ply material roll 14b (FIG. 1) or multi-ply material roll 14c (FIG. 1) in the desired resin and fiber material composition, thickness, and / or fiber orientation, as described above. Also good.

樹脂24(図1)が層16(図1)の長さ及び/又は幅で必ずしも均等に分配(図示せず)されないように、樹脂24は、層16の長さ及び/又は幅に沿って選択された領域(図示せず)に適合されてもよい。たとえば、樹脂24は、樹脂24の加熱及び凝固後にプリフォーム200(図1)がダイ断面形状56(図1)を維持可能な層16の領域(図示せず)に適合されてもよい。この点で、樹脂24を冷却すると樹脂24の粘着性が増し、粘着性の高められた層16の樹脂24が凝固するので、プリフォーム200がダイ断面形状56を維持できる。この方法において、マトリックス材料222の注入中にプリフォーム200全体にマトリックス材料222(図18)を実質的に均一に分配できるよう繊維状物質18が一般的に多孔質であるように、層16に適合される樹脂24の体積分率は最小限とすることができる。   Resin 24 may extend along the length and / or width of layer 16 so that resin 24 (FIG. 1) is not necessarily evenly distributed (not shown) in the length and / or width of layer 16 (FIG. 1). It may be adapted to a selected area (not shown). For example, the resin 24 may be adapted to the region of the layer 16 (not shown) where the preform 200 (FIG. 1) can maintain the die cross-sectional shape 56 (FIG. 1) after the resin 24 is heated and solidified. In this regard, when the resin 24 is cooled, the adhesiveness of the resin 24 increases, and the resin 24 of the layer 16 with increased adhesiveness solidifies, so that the preform 200 can maintain the die cross-sectional shape 56. In this manner, the layer 16 is applied to the layer 16 such that the fibrous material 18 is generally porous so that the matrix material 222 (FIG. 18) can be distributed substantially uniformly throughout the preform 200 during injection of the matrix material 222. The volume fraction of resin 24 to be adapted can be minimized.

図1及び図14に示されるように、繊維状物質18(図1)の一又は複数の層16(図1)が一又は複数の材料ロール14から分配されるという意味において、繊維状物質18の層16は、一般的に連続的である。たとえば、上述のように、繊維状物質18の一又は複数の層16は、一又は複数のシングルプライ材料ロール14b(図1)及び/又は一又は複数のマルチプライ材料ロール14c(図1)から引き出される。また、繊維状物質18の一又は複数の層16は、折られた又は折られていないシート(図示せず)を含む別の形態、或いは他の形態で提供することができる。   As shown in FIGS. 1 and 14, fibrous material 18 in the sense that one or more layers 16 (FIG. 1) of fibrous material 18 (FIG. 1) is dispensed from one or more material rolls 14. The layer 16 is generally continuous. For example, as described above, one or more layers 16 of the fibrous material 18 may be derived from one or more single-ply material rolls 14b (FIG. 1) and / or one or more multi-ply material rolls 14c (FIG. 1). Pulled out. Also, the one or more layers 16 of the fibrous material 18 can be provided in other forms, including folded or unfolded sheets (not shown), or other forms.

図22の方法400のステップ404は、図1、図2、図3、図5Aから図5D、図6から図11、及び図14に示されるように、ダイ断面形状56(図2)を有する形成ダイセット50(図2)に層16(図2)を通すことを含む。たとえば、繊維状物質18(図2)の層16(図2)は、プルメカニズム150(図2)を使用して、一又は複数の形成ダイセット50(図2)を介して引き抜き成形され、又は引き出される。プルメカニズム150は、層16の反対側に取り付けられ、層16を固定し、形成ダイセット50を介して層16を引き出す一又は複数のローラー152(図2)を備える。しかしながら、形成ダイセット50を介して層16を引き出すための他の手段が実施されてもよい。   Step 404 of the method 400 of FIG. 22 has a die cross-sectional shape 56 (FIG. 2), as shown in FIGS. 1, 2, 3, 5A-5D, 6-11, and 14. Passing layer 16 (FIG. 2) through forming die set 50 (FIG. 2). For example, the layer 16 (FIG. 2) of fibrous material 18 (FIG. 2) is pultruded through one or more forming dies 50 (FIG. 2) using a pull mechanism 150 (FIG. 2), Or pulled out. Pull mechanism 150 is attached to the opposite side of layer 16 and includes one or more rollers 152 (FIG. 2) that secure layer 16 and pull layer 16 through forming die set 50. However, other means for withdrawing layer 16 via forming die set 50 may be implemented.

図22の方法400のステップ406は、加熱装置110(図8)の使用などによる、繊維状物質18(図8)の層16(図8)で樹脂24(図8)を加熱することを含む。樹脂24は、層16が形成ダイセット50を介して引き抜き成形される時に、層16の加熱された形成ダイセット50(図8)の表面との接触による伝導加熱で加熱される。しかしながら、形成ダイセット50の上流の任意の場所に備え付けられる加熱装置110を使用して、層16をあらかじめ加熱することなどにより、樹脂24は加熱することができる。たとえば、加熱ガン(図示せず)が層16上に熱風(図示せず)を向け、樹脂24の温度を上昇させ、樹脂24を軟化させる及び/又はその粘着性を弱めることができる。また、構造繊維20(図1)により吸収されるものよりも多い、樹脂24により吸収される輻射の波長を放出するヒーターを使用する輻射加熱によることを含む他の手段により、樹脂24を加熱することもできる。樹脂24は、強磁性物質(図示せず)で形成された上方及び/又は下方形成ダイ(図示せず)との熱的な接触により加熱することもでき、その場合、上述したように、強磁性物質は、上方及び/又は下方形成ダイに隣接して取り付けられる誘導コイル(図示せず)に印加される電流(図示せず)により生成される磁場(図示せず)に応じて、キュリー温度まで誘導加熱される。   Step 406 of method 400 of FIG. 22 includes heating resin 24 (FIG. 8) with layer 16 (FIG. 8) of fibrous material 18 (FIG. 8), such as by use of heating device 110 (FIG. 8). . Resin 24 is heated by conductive heating by contact with the surface of heated forming die set 50 (FIG. 8) of layer 16 when layer 16 is pultruded through forming die set 50. However, the resin 24 can be heated, such as by pre-heating the layer 16 using a heating device 110 provided at any location upstream of the forming die set 50. For example, a heating gun (not shown) can direct hot air (not shown) over the layer 16 to raise the temperature of the resin 24, soften the resin 24 and / or weaken its adhesion. Also, the resin 24 is heated by other means, including by radiant heating using a heater that emits more radiation that is absorbed by the resin 24 than is absorbed by the structural fibers 20 (FIG. 1). You can also The resin 24 can also be heated by thermal contact with upper and / or lower forming dies (not shown) formed of a ferromagnetic material (not shown), in which case, as noted above, The magnetic material may have a Curie temperature depending on a magnetic field (not shown) generated by a current (not shown) applied to an induction coil (not shown) mounted adjacent to the upper and / or lower forming die. Until induction heating.

図22の方法400のステップ408は、繊維状物質18(図8)の層16(図8)をダイ断面形状56(図9)に形成することを含む。樹脂24の加熱中に、或いは熱114(図8)が印加されて樹脂24が軟化した後に、繊維状物質18は、ダイ断面形状56に形成される。図3に示されるように、層16が形成ダイセット50を介して引き抜き成形される時に、形成圧力66が層16に印加される。一又は複数の上述の加熱装置110(図8)及び方法による樹脂24の加熱のため、樹脂24は軟化し、構造繊維20(図1)でダイ断面形状56に成形可能となる。   Step 408 of the method 400 of FIG. 22 includes forming a layer 16 (FIG. 8) of fibrous material 18 (FIG. 8) into a die cross-sectional shape 56 (FIG. 9). During heating of the resin 24 or after the heat 114 (FIG. 8) is applied and the resin 24 is softened, the fibrous material 18 is formed into a die cross-sectional shape 56. As shown in FIG. 3, forming pressure 66 is applied to layer 16 as it is pultruded through forming die set 50. Due to the heating of the resin 24 by one or more of the heating devices 110 (FIG. 8) and method described above, the resin 24 softens and can be formed into a die cross-sectional shape 56 with structural fibers 20 (FIG. 1).

図22の方法400のステップ410は、樹脂24(図8)を軟化可能にすることを含む。層16(図8)がダイ断面形状56(図9)をとる間に、樹脂24の凝固が起こる。たとえば、方法は、先に述べられたように、層16が冷却装置130(図10)を通過し、樹脂24を凝固させることを含む。この方法では、プリフォーム200(図9)は、ダイ断面形状56に維持される。   Step 410 of the method 400 of FIG. 22 includes making the resin 24 (FIG. 8) softenable. While layer 16 (FIG. 8) assumes die cross-sectional shape 56 (FIG. 9), solidification of resin 24 occurs. For example, the method includes the layer 16 passing through the cooling device 130 (FIG. 10) and solidifying the resin 24 as previously described. In this method, the preform 200 (FIG. 9) is maintained in the die cross-sectional shape 56.

図22の方法400のステップ412は、付加的な繊維状物質214(図18)などの複合コンポーネント(図示せず)とともに、一又は複数のプリフォーム200(図18)を位置付けることを含む。たとえば、図18は、ハットセクション204プリフォーム200に備え付けられたマンドレル216、及びマンドレル216上及びハットセクション204プリフォーム200上に適合されている繊維状物質214のあとに続く層180を示す。各プリフォーム200は、個々のプリフォーム200、及び/又は、詳細は以下で述べられるが、熱114(図16)及び/又は圧力238(図16)下で統合されるプリフォームスタック240(図15)で形成されたプリフォームアセンブリ242(図17)を含む。付加的な繊維状物質214(図18)が、プリフォーム200と位置付けられる。プリフォーム200(図18)のアセンブリは、デバルキング及び/又は統合のために真空バギング及び/又はオートクレービングされる。   Step 412 of the method 400 of FIG. 22 includes positioning one or more preforms 200 (FIG. 18) with a composite component (not shown), such as additional fibrous material 214 (FIG. 18). For example, FIG. 18 shows a mandrel 216 mounted on the hat section 204 preform 200 and a layer 180 following the fibrous material 214 that is fitted on the mandrel 216 and on the hat section 204 preform 200. Each preform 200 is an individual preform 200 and / or a preform stack 240 (FIG. 16) that is integrated under heat 114 (FIG. 16) and / or pressure 238 (FIG. 16), as will be described in detail below. 15) including a preform assembly 242 (FIG. 17) formed in step 15). Additional fibrous material 214 (FIG. 18) is positioned as preform 200. The assembly of preform 200 (FIG. 18) is vacuum bagged and / or autoclaved for debulking and / or integration.

図22の方法400のステップ414は、一又は複数のプリフォーム200(図18)及び/又は繊維状物質214(図18)に熱硬化性又は熱可塑性マトリックス材料222(図18)を注入することを含む。この点で、プリフォーム200とともに配置される複合コンポーネント(たとえば、繊維状物質214(図18))に注入せずに、一又は複数のプリフォーム200(図18)に注入されるように、ステップ414は実行される。別の方法では、プリフォーム200及び付加的な繊維状物質214などの複合コンポーネントにマトリックス材料222が注入されるように、ステップ414は実行される。注入は、任意の適する液体成形工程又はアセンブリにマトリックス材料222を注入するための任意の他の工程を使用して、実行してもよい。たとえば、樹脂トランスファー成形(RTM)、真空アシステッド樹脂トランスファー成形(∨ARTM)、樹脂フィルム注入(RFI)、バルク樹脂注入(BRI)、及びプリフォーム200及び付加的な繊維状物質214にマトリックス材料222を注入するための任意の他の方法を使用して、プリフォーム200及び付加的な繊維状物質214にマトリックス材料222が注入される。   Step 414 of the method 400 of FIG. 22 injects a thermoset or thermoplastic matrix material 222 (FIG. 18) into one or more preforms 200 (FIG. 18) and / or fibrous material 214 (FIG. 18). including. In this regard, the step of being injected into one or more preforms 200 (FIG. 18) without being injected into a composite component (eg, fibrous material 214 (FIG. 18)) disposed with the preform 200. 414 is executed. In another method, step 414 is performed such that matrix material 222 is injected into a composite component such as preform 200 and additional fibrous material 214. Injection may be performed using any suitable liquid molding process or any other process for injecting matrix material 222 into the assembly. For example, resin transfer molding (RTM), vacuum assisted resin transfer molding (∨ARTM), resin film injection (RFI), bulk resin injection (BRI), and matrix material 222 to preform 200 and additional fibrous material 214 Matrix material 222 is injected into preform 200 and additional fibrous material 214 using any other method for injection.

図22の方法400のステップ416は、マトリックス材料222(図18)を硬化して複合品250(図19)を形成することを含む。この点で、マトリックス材料222の硬化は、熱(図示せず)及び/又は圧力(図示せず)のマトリックス材料222への印加、及びプリフォーム200の構造繊維20(図1)にわたるマトリックス材料222の実質的に均一な注入の促進を含む。一の実施形態では、プリフォーム200及び関連する繊維状物質214(図18)は、真空バギング及びオートクレービングされ、アセンブリの硬化中に所望の圧力及び温度プロファイルを提供する。より大きい又はより小さい繊維体積分率が完成複合品250に提供されるが、完成複合品250がおよそ30パーセントから70パーセントまでの範囲内の繊維体積分率を有するように、マトリックス材料222は、プリフォーム200及び繊維状物質214に注入される。   Step 416 of method 400 of FIG. 22 includes curing matrix material 222 (FIG. 18) to form composite article 250 (FIG. 19). In this regard, the curing of the matrix material 222 involves application of heat (not shown) and / or pressure (not shown) to the matrix material 222 and the matrix material 222 across the structural fibers 20 of the preform 200 (FIG. 1). Including the promotion of substantially uniform injection. In one embodiment, preform 200 and associated fibrous material 214 (FIG. 18) are vacuum bagged and autoclaved to provide the desired pressure and temperature profile during assembly curing. Matrix material 222 is provided such that a larger or smaller fiber volume fraction is provided to the finished composite article 250, but the finished composite article 250 has a fiber volume fraction in the range of approximately 30 percent to 70 percent. It is injected into the preform 200 and the fibrous material 214.

図23を参照すると、上述したように、多重プリフォーム200(図15)をプリフォームアセンブリ242に形成する方法の実施形態を示すフローチャートが示される。一又は複数のプリフォームアセンブリ242は、個々のプリフォーム200、一又は複数の複合コンポーネント(図示せず)、及び/又は付加的な繊維状物質214(図18)と結合され、マトリックス材料222(図18)が注入され、複合品250(図19)を形成する。   Referring to FIG. 23, a flowchart illustrating an embodiment of a method for forming a multiple preform 200 (FIG. 15) in a preform assembly 242 as described above is shown. One or more preform assemblies 242 may be combined with individual preforms 200, one or more composite components (not shown), and / or additional fibrous material 214 (FIG. 18) to provide matrix material 222 ( 18) is injected to form a composite article 250 (FIG. 19).

図23に示されるステップ452は、少なくとも二のプリフォーム200(図15)を図15に示されるプリフォームスタック240(図15)にスタッキングすることを含む。プリフォーム200がスタッキングされた構成内に組み込まれる或いは連携するように、プリフォーム200は、プリフォーム200の断面形状に関して互いに実質的に類似する。プリフォーム200は、同じ又は異なる厚さ及びプライ配向で同じ種類の樹脂24(図15)及び繊維状物質18(図1)から形成される、或いは、異なる厚さ及び異なる繊維配向で異なる種類の樹脂24及び繊維状物質18から形成される。たとえば、プリフォームスタック240のプリフォーム200は、異なる材料組成の繊維及び/又は樹脂24を含む異なる繊維状物質18から形成される。さらに、プリフォームスタック240のプリフォーム200は、先に述べたように、プリフォームスタック240の所望のスタッキングシーケンスを達成するために、異なる繊維配向の繊維20(図1)を含む繊維状物質18から形成されてもよい。   Step 452 shown in FIG. 23 includes stacking at least two preforms 200 (FIG. 15) into the preform stack 240 (FIG. 15) shown in FIG. The preforms 200 are substantially similar to one another with respect to the cross-sectional shape of the preform 200 so that the preforms 200 are incorporated or coordinated into a stacked configuration. The preform 200 is formed from the same type of resin 24 (FIG. 15) and fibrous material 18 (FIG. 1) with the same or different thickness and ply orientation, or different types of different thickness and different fiber orientation. It is formed from resin 24 and fibrous material 18. For example, the preform 200 of the preform stack 240 is formed from different fibrous materials 18 that include fibers and / or resins 24 of different material compositions. In addition, the preform 200 of the preform stack 240 is a fibrous material 18 that includes fibers 20 (FIG. 1) of different fiber orientations to achieve the desired stacking sequence of the preform stack 240 as previously described. May be formed.

図15で示されるように、二以上のプリフォーム200は、ダイ断面形状56を有するプリフォームダイセット230の上方プリフォームダイ232と下方プリフォームダイ234との間のプリフォームスタック240に配置される。プリフォームダイセット230は、上述の形成ダイセット50(図1)に類似して構成される。たとえば、プリフォームダイセット230(図15)は、上述のように、任意の構成の加熱装置110(図15)を備えることができる。プリフォームダイセット230の上方プリフォームダイ232及び/又は下方プリフォームダイ234は、互いに対して可動式(たとえば、垂直方向に)であり、上方プリフォームダイ232と下方プリフォームダイ234との間のプリフォームスタック240の長さの部分を順番に固定する。別の方法では、プリフォームダイセット230は固定式で、プリフォームスタック240は、個々のプリフォーム200(図1)を形成するための上述のものと類似の上方プリフォームダイ232と下方プリフォームダイ234との間の間隙(図示せず)を介して引き抜き成形される。   As shown in FIG. 15, two or more preforms 200 are placed in a preform stack 240 between an upper preform die 232 and a lower preform die 234 of a preform die set 230 having a die cross-sectional shape 56. The The preform die set 230 is configured similar to the forming die set 50 (FIG. 1) described above. For example, the preform die set 230 (FIG. 15) can include any configuration of the heating device 110 (FIG. 15) as described above. The upper preform die 232 and / or the lower preform die 234 of the preform die set 230 are movable (eg, vertically) relative to each other and between the upper preform die 232 and the lower preform die 234. The length portions of the preform stack 240 are fixed in order. Alternatively, the preform die set 230 is stationary, and the preform stack 240 is composed of an upper preform die 232 and lower preform similar to those described above for forming individual preforms 200 (FIG. 1). It is pultruded through a gap (not shown) between the die 234.

図23に示すステップ454は、熱可塑性樹脂などの樹脂24(図16)の粘着性を弱める温度までプリフォームスタック240(図16)に熱114(図16)を印加することを含む。この点で、樹脂24を加熱するステップは、樹脂24の融点又はガラス転移温度付近又はそれを超える温度まで樹脂24を加熱し、樹脂24を軟化させて樹脂24の粘着性を弱めることを含む。軟化する樹脂24は、プリフォームスタック240の隣接するプリフォーム200(図15)間で樹脂24の混合を促進する。プリフォームスタック240の加熱は、加熱コイル、輻射加熱、誘導加熱、又はプリフォーム200の形成に関して上述された加熱方法などの種々の加熱方法のうちの任意の一を使用する任意の伝導加熱を使用して実行される。   Step 454 shown in FIG. 23 includes applying heat 114 (FIG. 16) to the preform stack 240 (FIG. 16) to a temperature that weakens the tackiness of the resin 24 (FIG. 16), such as a thermoplastic resin. In this regard, the step of heating the resin 24 includes heating the resin 24 to a temperature close to or exceeding the melting point or glass transition temperature of the resin 24 and softening the resin 24 to weaken the adhesiveness of the resin 24. The softening resin 24 facilitates mixing of the resin 24 between the adjacent preforms 200 (FIG. 15) of the preform stack 240. The heating of the preform stack 240 uses any conductive heating using any one of a variety of heating methods, such as heating coils, radiant heating, induction heating, or the heating methods described above with respect to forming the preform 200. And executed.

図23で示されるステップ456は、圧縮力238(図16)を図16に示されるようなプリフォームスタック240(図16)に印加して、プリフォーム200(図16)の強化を促進する及び/又は隣接するプリフォーム200の樹脂24の混合を促進することを含む。移動方向236(図15)に沿った上方プリフォームダイ232及び下方プリフォームダイ234(図16)の互いの方向への移動を制御することにより、圧縮力238が所定量だけプリフォームスタック240に印加される。別の方法では、プリフォームスタック240(図16)がプリフォームダイセット230を介して引き抜き成形される上方プリフォームダイ232及び下方プリフォームダイ234(図16)の固定構成(図示せず)について、所望の大きさの圧縮力238がプリフォームスタック240に印加されるように、上方プリフォームダイ232と下方プリフォームダイ234との間の間隙(図示せず)が形成される。圧縮力238は、隣接するプリフォーム200の樹脂24の少なくとも一部分が互いに混合し、且つ結合するようなものである。   Step 456 shown in FIG. 23 applies a compressive force 238 (FIG. 16) to the preform stack 240 (FIG. 16) as shown in FIG. 16 to promote reinforcement of the preform 200 (FIG. 16) and And / or promoting the mixing of the resin 24 of the adjacent preform 200. By controlling the movement of the upper preform die 232 and the lower preform die 234 (FIG. 16) in the direction of movement along the direction of movement 236 (FIG. 15), a compressive force 238 is applied to the preform stack 240 by a predetermined amount. Applied. Alternatively, for a fixed configuration (not shown) of the upper preform die 232 and the lower preform die 234 (FIG. 16) from which the preform stack 240 (FIG. 16) is pultruded via the preform die set 230. A gap (not shown) between the upper preform die 232 and the lower preform die 234 is formed such that a desired amount of compressive force 238 is applied to the preform stack 240. The compressive force 238 is such that at least a portion of the resin 24 of the adjacent preform 200 mixes and bonds together.

図23に示されるステップ458は、樹脂24(図16)を凝固させ、プリフォームスタック240(図16)からプリフォームアセンブリ242(図17)を形成することを含む。図17に示されるように、プリフォームアセンブリ242は、樹脂24(図16)が凝固した状態でプリフォームダイセット230(図16)の断面形状をとる。たとえば、熱可塑性樹脂24が熱可塑性樹脂24の粘着性が弱まる融点より高く加熱される時に、プリフォームスタック240(図16)で隣接して配置されるプリフォーム200の熱可塑性樹脂24は、互いに混合される。熱可塑性樹脂24が凝固した状態で、隣接したプリフォーム200(図16)の熱可塑性樹脂24は、結合してプリフォームアセンブリ242(図17)を形成する。   Step 458 shown in FIG. 23 includes solidifying resin 24 (FIG. 16) to form preform assembly 242 (FIG. 17) from preform stack 240 (FIG. 16). As shown in FIG. 17, the preform assembly 242 takes the cross-sectional shape of the preform die set 230 (FIG. 16) with the resin 24 (FIG. 16) solidified. For example, when the thermoplastic resin 24 is heated above the melting point at which the adhesiveness of the thermoplastic resin 24 weakens, the thermoplastic resins 24 of the preforms 200 that are adjacently disposed in the preform stack 240 (FIG. 16) are Mixed. With the thermoplastic resin 24 solidified, the thermoplastic resins 24 of adjacent preforms 200 (FIG. 16) combine to form a preform assembly 242 (FIG. 17).

プリフォームアセンブリ242(図17)は、図22のステップ412で述べられたように、一又は複数の複合コンポーネント(図示せず)と選択的に結合され、ステップ414で述べられたように、マトリックス材料(図示せず)が注入される。別の方法では、複合コンポーネントに上述のステップ414で述べられたものと類似のマトリックス材料を注入せずに、プリフォームアセンブリ242にマトリックス材料(図示せず)が注入される。マトリックス材料は、図22のステップ416で述べられた同様の方法で硬化され、図19に示されたハットストリンガーなどの複合コンポーネントを形成する。   The preform assembly 242 (FIG. 17) is selectively combined with one or more composite components (not shown) as described in step 412 of FIG. Material (not shown) is injected. In another method, matrix material (not shown) is injected into the preform assembly 242 without injecting the composite component with a matrix material similar to that described in step 414 above. The matrix material is cured in a similar manner as described in step 416 of FIG. 22 to form a composite component such as the hat stringer shown in FIG.

図24を参照すると、ここで開示されるシステム10の実施形態のブロック図が示される。システム10は、形成ダイセット50を介して繊維20及び樹脂24を含む繊維状物質18の層16を引き抜き成形するための上方ダイ72及び下方ダイ74を含む固定形成ダイセット70を含む形成ダイセット50を備える。形成ダイセット50は、層16がダイ断面形状56に形成されるように、樹脂24を加熱するための加熱装置110を備える。別の方法では、形成ダイセット50は、互いに対して可動式の上方ダイ92及び下方ダイ94を含み、層16の長さのセクションをダイ断面形状56に形成する可動形成ダイセット90としてもよい。プリフォーム200がダイ断面形状56を保持するように、樹脂24は凝固する。プリフォーム200のスタック240は、プリフォームアセンブリ242に形成される。一又は複数のプリフォーム200及び/又は一又は複数のプリフォームアセンブリ242は、マトリックス材料222を注入するための付加的な繊維状物質214と結合され、マトリックス材料222が硬化した状態で複合品10を形成する。   Referring to FIG. 24, a block diagram of an embodiment of the system 10 disclosed herein is shown. The system 10 includes a forming die set that includes a fixed forming die set 70 that includes an upper die 72 and a lower die 74 for pultruding a layer 16 of fibrous material 18 including fibers 20 and resin 24 through a forming die set 50. 50. The forming die set 50 includes a heating device 110 for heating the resin 24 such that the layer 16 is formed in the die cross-sectional shape 56. Alternatively, the forming die set 50 may include a movable forming die set 90 that includes a movable upper die 92 and a lower die 94 that are movable relative to each other to form a length section of the layer 16 into a die cross-sectional shape 56. . The resin 24 is solidified so that the preform 200 retains the die cross-sectional shape 56. A stack 240 of preforms 200 is formed in the preform assembly 242. The one or more preforms 200 and / or one or more preform assemblies 242 are combined with additional fibrous material 214 for injecting the matrix material 222 and the composite article 10 with the matrix material 222 cured. Form.

図24において、プリフォーム200を形成する上述の実施形態では、樹脂24の体積分率は、好適には、樹脂24が凝固した状態で、プリフォーム200は、完成複合品250の形状に近いダイ断面形状56に維持される。マトリックス材料222を注入して完成複合品250を形成するのに先立って、他の繊維状物質214(たとえば、他のプリフォーム200又は他の繊維状物質)とともにプリフォーム200を配置する際に、プリフォーム200の形状を完成複合品250のおおよその形状に維持することにより、工具補助(図示せず)を必要とせずに繊維状物質18の操作を促進することができる。先に示したように、繊維状物質18の層16は、およそ10体積パーセントまでの樹脂24を含むことができる。一の実施形態では、より大きい又はより小さい体積分率の樹脂24が使用されるが、繊維状物質18の層16は、およそ1体積パーセントから10体積パーセントの樹脂24を含むことができる。たとえば、繊維状物質18の層16は、およそ2体積パーセントから4体積パーセントの樹脂24を含むことができる。樹脂24の体積分率を最小限にすることにより、プリフォーム200は一般的に多孔質を維持し、マトリックス材料222の注入中に実質的に大部分のプリフォーム200にわたってマトリックス材料222を実質的に均一に分配することが可能になる。さらに、樹脂24の体積分率を最小限にすることにより、硬化した複合品250の強度特性及び剛性特性に対する樹脂24の効果は最小化される。   In FIG. 24, in the above-described embodiment in which the preform 200 is formed, the volume fraction of the resin 24 is preferably a die close to the shape of the finished composite product 250 in a state where the resin 24 is solidified. The cross-sectional shape 56 is maintained. Prior to injecting the matrix material 222 to form the finished composite article 250, in placing the preform 200 with other fibrous materials 214 (eg, other preforms 200 or other fibrous materials), By maintaining the shape of the preform 200 at the approximate shape of the finished composite article 250, manipulation of the fibrous material 18 can be facilitated without the need for tool assistance (not shown). As indicated above, the layer 16 of fibrous material 18 may include up to approximately 10 volume percent resin 24. In one embodiment, a larger or smaller volume fraction resin 24 is used, but the layer 16 of fibrous material 18 can include approximately 1 volume percent to 10 volume percent resin 24. For example, the layer 16 of fibrous material 18 can include approximately 2 to 4 volume percent resin 24. By minimizing the volume fraction of the resin 24, the preform 200 generally remains porous so that the matrix material 222 is substantially over the majority of the preform 200 during the injection of the matrix material 222. Can be evenly distributed. Further, by minimizing the volume fraction of the resin 24, the effect of the resin 24 on the strength and stiffness characteristics of the cured composite article 250 is minimized.

図25及び図26に示すように、本発明の実施形態は、図25に示す航空機の製造及び保守方法500、及び図26に示す航空機502の構造において説明することができる。製造前の段階では、例示的な方法500は、航空機502の仕様及び設計504と、材料調達506とを含みうる。製造段階では、航空機502のコンポーネント及びサブアセンブリの製造508と、システムインテグレーション510とが行われる。したがって、航空機502は運航514に供するために、認可及び納品512が行われる。顧客により運航される間に、航空機502は定期的な整備及び保守516(改造、再構成、改修なども含みうる)を受ける。   As shown in FIGS. 25 and 26, embodiments of the present invention can be described in the aircraft manufacturing and service method 500 shown in FIG. 25 and the structure of the aircraft 502 shown in FIG. In the pre-manufacturing stage, the exemplary method 500 may include an aircraft 502 specification and design 504 and a material procurement 506. In the manufacturing phase, component and subassembly manufacturing 508 of aircraft 502 and system integration 510 are performed. Accordingly, the aircraft 502 is authorized and delivered 512 for serving 514. While in service by the customer, the aircraft 502 receives regular maintenance and maintenance 516 (which may also include modification, reconfiguration, refurbishment, etc.).

方法500の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び/又はオペレーター(例えば顧客)によって実施又は実行されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。   Each process of method 500 may be performed or performed by a system integrator, a third party, and / or an operator (eg, a customer). For purposes of this specification, a system integrator may include, but is not limited to, any number of aircraft manufacturers and subcontractors of major systems, and third parties include, but are not limited to any number of Vendors, subcontractors, and suppliers can be included, and operators can be airlines, leasing companies, military organizations, service organizations, and the like.

図26示されるように、代表的方法500によって製造された航空機502は、複数のシステム520及び内装522を有する機体518を含むことができる。高レベルのシステム520の例には、推進システム524、電気システム526、油圧システム528、及び環境システム530のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用しうる。   As shown in FIG. 26, an aircraft 502 manufactured by the exemplary method 500 can include a fuselage 518 having a plurality of systems 520 and an interior 522. Examples of high level system 520 include one or more of propulsion system 524, electrical system 526, hydraulic system 528, and environmental system 530. Any number of other systems may be included. Although an aerospace industry example has been shown, the principles of the present invention can be applied to other industries such as the automotive industry.

本明細書で実施された装置と方法は、製造及び保守方法500の一又は複数の任意の段階で採用することができる。例えば、製造プロセス508に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機502の運航中に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリと同様の方法で作製又は製造しうる。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせは、例えば、航空機502の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機502のコストを削減することにより、製造段階508及び510の間に利用することができる。同様に、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせを、航空機502の運航中に、例えば、限定しないが、整備及び保守516に利用することができる。   The apparatus and methods implemented herein may be employed at any one or more stages of the manufacturing and maintenance method 500. For example, components or subassemblies corresponding to manufacturing process 508 may be made or manufactured in a manner similar to components or subassemblies manufactured during operation of aircraft 502. Also, one or more apparatus embodiments, method embodiments, or a combination thereof may be manufactured at a manufacturing stage, for example, by substantially increasing the assembly of aircraft 502 or reducing the cost of aircraft 502. Available between 508 and 510. Similarly, one or more apparatus embodiments, method embodiments, or combinations thereof may be utilized during maintenance of aircraft 502, for example, but not limited to maintenance and maintenance 516.

上述の説明及び関連する図面に示した説明の利点を有する当業者には、本開示の多数の変形例および他の実施形態が想起されるだろう。本明細書に記載した実施形態は、例示を意図するものであって、限定的或いは包括的であることを意図していない。ここでは特定の用語が使用されているが、それらは、包括的且つ説明的な意味のみで使用されているのであって、限定を目的として使用されているのではない。   Numerous variations and other embodiments of the disclosure will occur to those skilled in the art having the benefit of the foregoing description and the description shown in the associated drawings. The embodiments described herein are intended to be illustrative and are not intended to be limiting or exhaustive. Although specific terms are used herein, they are used in a comprehensive and descriptive sense only and not for purposes of limitation.

Claims (12)

  1. プリフォームを形成する方法であって、
    構造繊維及び構造繊維と混合またはよく調製された樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を提供するステップであって、樹脂は固形であり、粘着力の高められた繊維状物質の層のおよそ1体積パーセントから10体積パーセントである、提供するステップ、
    ダイ断面形状を有する形成ダイセットに層を通すステップ、
    樹脂を加熱するステップ、
    樹脂が繊維状物質の中を流動するように、樹脂の加熱に反応して樹脂を軟化させるステップ、
    層をダイ断面形状に形成するステップ、
    ダイ断面形状にプリフォームが形成されるような方法で、樹脂を凝固させるステップであって、凝固した樹脂がプリフォームのダイ断面形状を保持する、凝固させるステップを含み、
    プリフォームを形成した後に、プリフォームが繊維状物質内に多孔質性を保持するようになっている、方法。
    A method of forming a preform,
    Providing a layer of increased adhesion fibrous material comprising structural fibers and a resin mixed or well prepared with the structured fibers, wherein the resin is solid and the increased adhesion of fibrous materials Providing, which is approximately 1 to 10 volume percent of the layer;
    Passing the layer through a forming die set having a die cross-sectional shape;
    Heating the resin,
    Softening the resin in response to the heating of the resin such that the resin flows through the fibrous material;
    Forming the layer into a die cross-sectional shape;
    Solidifying the resin in such a way that the preform is formed in a die cross-sectional shape, the solidified resin retaining the preform die cross-sectional shape ,
    After forming the preform, so that the preform retains the porosity in the fibrous material, method.
  2. 樹脂は熱可塑性樹脂とし、樹脂を凝固させるステップは、
    熱可塑性樹脂が凝固するように熱可塑性樹脂を冷却させるステップを含む、請求項1に記載の方法。
    The resin is a thermoplastic resin, and the step of solidifying the resin is
    The method of claim 1, comprising cooling the thermoplastic resin such that the thermoplastic resin solidifies.
  3. 形成ダイセットは固定ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップは、
    プルメカニズムを使用して、固定ダイセットを介して層を連続的に引き抜き成形するステップを含む、請求項1または2に記載の方法。
    The forming die set includes a fixed die set, and the step of passing the layers through the forming die set includes:
    3. A method according to claim 1 or 2, comprising continuously pultruding the layer through a fixed die set using a pull mechanism.
  4. 形成ダイセットは可動ダイセットを含み、形成ダイセットに層を通すステップは、
    可動ダイセット間に層のセクションを順番に固定することにより、層をダイ断面形状に連続して形成するステップを含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
    The forming die set includes a movable die set, and the step of passing the layer through the forming die set includes:
    4. A method according to any one of the preceding claims, comprising the step of forming the layers continuously in die cross-sectional shape by sequentially fixing the sections of the layers between the movable die sets.
  5. ダイ断面形状は、形成ダイセットの長さにわたって変化する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。   5. A method according to any one of the preceding claims, wherein the die cross-sectional shape varies over the length of the forming die set.
  6. 複合品は、少なくとも航空機又は宇宙探査機のコンポーネントを含む、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。   6. A method according to any one of the preceding claims, wherein the composite article comprises at least an aircraft or spacecraft component.
  7. 樹脂は、マトリックス材料の存在下では、
    マトリックス材料に少なくとも部分的に溶解する、
    マトリックス材料と反応する、及び
    マトリックス材料の硬化中にマトリックス材料の相とは異なる相に留まる、
    のうちの少なくとも一の特性を有する熱可塑性樹脂とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。
    In the presence of the matrix material, the resin
    At least partially soluble in the matrix material,
    Reacts with the matrix material and stays in a different phase from the matrix material phase during curing of the matrix material,
    The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the thermoplastic resin has at least one characteristic.
  8. 樹脂は熱可塑性樹脂とし、
    少なくとも二のプリフォームをプリフォームスタックにスタッキングするステップ、
    熱可塑性樹脂の粘着性を弱める温度までプリフォームスタックを加熱するステップ、
    プリフォームスタックに圧縮力を印加するステップ、及び
    熱可塑性樹脂を凝固させ、凝固プリフォームアセンブリを形成するステップをさらに含む、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
    The resin is a thermoplastic resin,
    Stacking at least two preforms into a preform stack;
    Heating the preform stack to a temperature that weakens the tackiness of the thermoplastic resin;
    8. The method of any one of claims 1-7, further comprising applying a compressive force to the preform stack and solidifying the thermoplastic resin to form a solidified preform assembly.
  9. プリフォームを形成するシステムであって、
    構造繊維及び構造繊維と混合またはよく調製された樹脂を含む粘着力の高められた繊維状物質の層を受け、プリフォームに液体マトリックス材料を注入する前に層をプリフォームに形成するダイ断面形状を有する形成ダイセットであって、樹脂は固形であり、粘着力の高められた繊維状物質の層のおよそ1体積パーセントから10体積パーセントである、形成ダイセット、
    形成ダイセットを介して層を引き出すように構成されたプルメカニズム、及び
    樹脂が軟化し、繊維状物質の中を流動するような方法で樹脂を加熱して、樹脂が凝固する時に層をダイ断面形状を保持するプリフォームに形成する、加熱装置を備え、
    リフォームを形成した後に、プリフォームが繊維状物質内に多孔質性を保持するようになっている、システム。
    A system for forming a preform,
    Die cross-sectional shape that receives a layer of structural fiber and a fibrous material with increased cohesion containing a resin mixed or well prepared with the structural fiber and forms the layer into the preform prior to injecting the liquid matrix material into the preform A forming die set, wherein the resin is solid and is approximately 1 to 10 volume percent of the layer of fibrous material with enhanced adhesion,
    Pull mechanism configured to pull the layer through the forming die set, and the resin softens and flows through the fibrous material, heating the resin and solidifying the layer as the resin solidifies It is equipped with a heating device that forms a preform that retains its shape ,
    After forming the preform, so that the preform retains the porosity in the fibrous material, the system.
  10. 繊維状物質は、互いに異なる繊維状物質の少なくとも二の層を含み、且つ
    層は、層アセンブリとして形成ダイセットに引き出されている、請求項9に記載のシステム。
    The system of claim 9, wherein the fibrous material includes at least two layers of different fibrous materials, and the layers are drawn into a forming die set as a layer assembly.
  11. 形成ダイセットを介して層を引き抜き成形するように構成されたプルメカニズムをさらに備える、請求項9または10に記載のシステム。   11. A system according to claim 9 or 10, further comprising a pull mechanism configured to pultrude the layer through a forming die set.
  12. 形成ダイセットは、層の一連のセクションを連続して固定するように構成された可動ダイセットを含む、請求項9乃至11のいずれか一項に記載のシステム。   12. A system according to any one of claims 9 to 11, wherein the forming die set comprises a movable die set configured to continuously secure a series of sections of the layer.
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